可降解塑料綜述

1、可降解塑料前言半個(gè)多世紀(jì)以來，隨著塑料工業(yè)技術(shù)的迅速發(fā)展， 塑料在工業(yè)，農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥以及 人民生活的各個(gè)領(lǐng)域并與鋼材、木材、水泥、并列成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的四大支柱材料。 2012年我國(guó)塑料制品規(guī)模以上企業(yè)總產(chǎn)量達(dá) 5781萬噸。塑料的大量使用雖方便 了人們的生活，但也帶來了很多環(huán)境問題。例如，像固體塑料，薄膜塑料制品除 了少數(shù)一部分焚燒處理外，絕大部分最終作為塑料垃圾進(jìn)入環(huán)境， 而塑料大多性 能穩(wěn)定，在自然環(huán)境中被微生物利用、分解需要 200-400年，若在地下堆積填 埋，不僅會(huì)破壞土壤的通透性，使土壤板結(jié)影響農(nóng)作物的生長(zhǎng)， 還會(huì)占用和浪費(fèi) 大量土地。日益增長(zhǎng)的塑料垃圾越來越嚴(yán)重的威脅著生態(tài)平衡和環(huán)境

2、，由于建填埋場(chǎng)的空間有限，焚燒設(shè)施不僅需投入大量資金，焚燒時(shí)還會(huì)有有蠹物質(zhì)二惡英 產(chǎn)生，有時(shí)還會(huì)損壞焚燒爐。而對(duì)于回收利用，收集或即使強(qiáng)制收集進(jìn)行回收利 用，它的經(jīng)濟(jì)效益也不太好。而中國(guó)人太多，就決定了中國(guó)不可能在短時(shí)間內(nèi)要 求所有公民有環(huán)保的素養(yǎng)。所以要從根本上解決廢塑料的環(huán)境污染問題，就應(yīng)該用能降解或易降解的塑料制品代替當(dāng)前的塑料制品。1可降解塑料可降解塑料是指一類其制品的各項(xiàng)性能可滿足使用要求，在保存期內(nèi)性能不變， 而使用后在自然環(huán)境下，能在較短時(shí)間化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變化， 而引起某些性質(zhì) 損失的一類塑料。21世紀(jì)是保護(hù)地球環(huán)境的時(shí)代是資源、能源更緊張的年代， 化石燃料日益枯竭，誰(shuí)能找到更

3、活潔，更高效的資源，誰(shuí)就會(huì)在未來的發(fā)展中占 的先機(jī)。因此，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的可降解塑料的研究開發(fā)已成為 全球矚目的研究開發(fā)熱點(diǎn)。同時(shí)，隨著人們環(huán)保意識(shí)的不斷提高，認(rèn)知不斷深刻， 此類材料將有廣闊的前景。2降解機(jī)理的研究在多數(shù)情況下，聚合物的降解主要是高分子中主化學(xué)鍵斷裂反應(yīng)所引起的在不同 的環(huán)境條件下聚合物降解的方式和程度都不同。根據(jù)各種環(huán)境條件引發(fā)降解的原 因的不同可將講解分為：光降解、生物降解、光-生物雙降解和化學(xué)降解。其中，具有完全降解特性的生物降解塑料和具有光-生物雙重降解特性的光/生物雙 降解塑料，是目前主要的研究開發(fā)方向和產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向2.1光降解塑料光降解塑料一般是指在

4、太陽(yáng)光的照射下，光降解塑料吸收紫外線的輻射能發(fā)生光 引發(fā)作用，是鍵能減弱，長(zhǎng)鍵分裂成較低分子量的碎片，聚合物i的完整性受到 破壞，物理性能下降。較低分子量的碎片在空氣中進(jìn)一步氧化， 產(chǎn)生自由基的斷 鏈反應(yīng)，降解成為被生物分解的低分子量化合物，最后被徹底氧化為CO和H2O.一般光降解塑料的制備方法有兩種， 一是在高分子材料中添加光敏劑，由光敏劑 吸收光能后產(chǎn)生自由基，促使高分子材料發(fā)生氧化作用后達(dá)到劣化；另一種是利用共聚的方式將光敏基團(tuán)（如毯基、雙鍵等）導(dǎo)入高分子結(jié)構(gòu)內(nèi)賦予材料光降解 的特性。因此光降解塑料可分為添加型和合成型兩類。合成型光降解塑料是通過共聚反應(yīng)在塑料的高分子主鏈上引入球基等感光

5、基團(tuán) 而賦予其光降解特性的，并可以通過調(diào)節(jié)光敏基團(tuán)的含量來控制光降解活性?，F(xiàn) 在已知的有乙烯-CO共聚物、乙烯酮-乙烯共聚物等。以一氧化碳或乙烯酮類為 光敏單體與烯輕類單體共聚，可合成含球基結(jié)構(gòu)的聚乙烯（PE），聚丙烯（PP），聚 氯乙烯（PVC）等光降解聚合物。添加型光降解塑料是在聚乙烯、 聚苯乙烯等通用塑料中添加光敏性添加劑， 制成 的光降解塑料制品常用的光敏劑有過渡金屆絡(luò)合物、 硬脂酸鹽、N, N-二丁基二 硫代氨基甲酸鐵等，用量約1%3%（質(zhì)量）。2.2生物降解光降解塑料由于價(jià)格較高，乂只能在光照下降解，受地理環(huán)境、氣候制約性很大， 埋地部分不能降解等問題，使大面積應(yīng)用受到一定限制。光

6、降解表現(xiàn)出來的諸多 缺點(diǎn)使得光降解最終退出歷史舞臺(tái)，而生物降解所變現(xiàn)出的優(yōu)良的全降解性能， 使得各國(guó)開始把研究目光轉(zhuǎn)向生物降解。生物合成的完全生物降解塑料是微生物把某些有機(jī)物作為食物源，通過生命活動(dòng)合成的高分子化合物。通過微生物合成而得到的生物降解塑料以聚羥基脂肪 （PHA）類為多，其中最常見的有聚3-羥基丁酸酯（PHB）、聚羥基戊酸酯（PHV）及 PHB和PHV的共聚物（PHBV）。從材料發(fā)展前景看，天然聚合物如PLA淀粉混配 物、PHBNffi聚羥基丁酸酯（PHB將主導(dǎo)生物塑料市場(chǎng)。2.3光-生物雙降解塑料雖說光降解塑料和生物降解塑料的好處有很多，但在推廣過程中也遇到不少問 題：(1)經(jīng)濟(jì)

7、問題。生物降解塑料的價(jià)格要比普通塑料高 215倍，高昂的 價(jià)格成為其進(jìn)入市場(chǎng)的阻力；(2)技術(shù)問題。生物降解塑料在不同應(yīng)用領(lǐng)域要求 有不同的降解速度，如在作包裝材料時(shí)要求有一定的使用期，作醫(yī)藥材料時(shí)則要 求降解速度快，想要做到能有效控制降解時(shí)間的塑料，在技術(shù)上還待提高。面對(duì)光降解塑料與生物降解塑料不可忽視的缺點(diǎn)，各國(guó)開始考慮兩種降解的結(jié) 合，即光-生物雙降解塑料。光-生物雙降解塑料具有光、生物的雙重降解性。 是當(dāng)前世界降解塑料的主要開發(fā)方向之一。其制備方法是采用通用高分子材料 (如PE)中添加光敏劑、自動(dòng)氧化劑、促氧化劑、抗氧劑和作為微生物培養(yǎng)基 的生物降解助劑等的添加型技術(shù)比較普遍。光-生物

8、雙降解塑料分為合成型雙降解塑料和摻混型雙降解塑料， 但由于合成型 光降解塑料成本較高，研究較少。目前研究較多的是摻混型光-生物雙降解塑料。 2.4化學(xué)降解塑料化學(xué)降解塑料乂可分為氧化降解塑料和水解降解塑料，氧化降解塑料是指由氧化作用而引起降解的一類塑料；水降解塑料是指由水解作用而引起降解的一類塑 料?；瘜W(xué)降解塑料也有其很廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域，農(nóng)藥包裝塑料薄膜用后難以降解， 嚴(yán)重污染農(nóng)田生態(tài)環(huán)境，較長(zhǎng)時(shí)間以來一直成為困擾人們的難題。 英國(guó)的帕羅格 安公司研制成功一種可水解的塑料薄膜。這種薄膜具有普通薄膜的力學(xué)性能和印 刷性能，可有效保證包裝袋內(nèi)的農(nóng)藥氣味不外泄及耐碳?xì)漕惢瘜W(xué)品的腐蝕。而其最大的特點(diǎn)是用

9、后可水解而降解，解決了農(nóng)藥包裝膜污染環(huán)境的難題。3可降解塑料存在問題和發(fā)展方向隨著人們環(huán)保意識(shí)的不斷提高，可降解塑料得到了快速的發(fā)展。 但是目前可降解 塑料的開發(fā)和利用還存在以下一些問題。(1) 經(jīng)濟(jì)問題。由于受現(xiàn)階段科學(xué)技術(shù)的限制，生產(chǎn)可降解塑料的成本高， 使其市場(chǎng)價(jià)格高，就給可降解塑料的推廣造成很大的影響。(2) 降解技術(shù)還不成熟。目前許多的可降解塑料雖說可以達(dá)到降解的目的但 還是會(huì)受到各方面的影響，性質(zhì)不穩(wěn)定。(3) 降解塑料的標(biāo)準(zhǔn)及試驗(yàn)評(píng)價(jià)方法。可降解塑料最近十幾年才興起的，還沒有哪家機(jī)構(gòu)能確切給出定義，能夠有獨(dú)到的手段來試驗(yàn)評(píng)價(jià)可降解塑料產(chǎn)品。4可降解塑料發(fā)展方向(1) 各種更好，更高效的添加劑的研發(fā)。(2) 開發(fā)能精準(zhǔn)控制時(shí)間的可降解塑料。(3) 利用自然優(yōu)勢(shì)發(fā)展生物降解塑料。(4) 培養(yǎng)能生產(chǎn)高分子塑料的微生物。(5) 建立降解塑料的標(biāo)準(zhǔn)及試驗(yàn)評(píng)價(jià)方法。結(jié)束語(yǔ)目前，可降解塑料雖然遇到一些問題，但我相信，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，世界范 圍內(nèi)的通力合作，這些問題都會(huì)迎刃而解。隨著可降解塑料、的廣泛應(yīng)用，建立 能在短時(shí)間內(nèi)評(píng)價(jià)其可降解性能的測(cè)試技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)體系也將成為必然的發(fā)展趨 勢(shì)5參考文獻(xiàn)11俞文