《降解塑料综述》由会员分享，可在线阅读，更多相关《降解塑料综述（7页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、降解塑料本综述主要是对降解塑料有一些大概的了解，了解降解塑料的分类，降解机 理，制备，以及发展和应用。由于降解塑料的发展，尤其是生物降解塑料的发展 比较好，所以本综述侧重点主要是在生物降解塑料方面。主题：一 降解塑料的概念降解塑料是指一类其制品的各项性能可满足使用要求，在保存期内性能不 变，而使用后在自然环境条件下能降解成对环境无害的物质的塑料，因此，也被 称为可环境降解塑料。聚合物的降解是指因化学和物理因素引起的聚合的大分子链断裂的过程。聚 合物曝露于氧、水、射线、化学品、污染物质、机械力、昆虫等动物以及微生物 等环境条件下的大分子链断裂的降解过程被称为环境降解。降解使聚合物分子量 下降，聚
2、合物材料物性降低，直到聚合物材料丧失可使用性，这种现象也被称为 聚合物材料的老化降解。聚合物的老化降解和聚合物的稳定性有直接关系。聚合 物的老化降解缩短塑料的使用寿命。为此，自塑料问世以来，科学家就致力于对 这类材料的防老化，即稳定化的研究，以制得高稳定性的聚合物材料，而目前各 国的科学家也正利用聚合物的老化降解行为竞相开发环境降解塑料。二 降解原理环境降解塑料的降解过程主要涉及生物降解，光降解和化学降解，这三种主 要降解过程相互间具有增效、协同和连贯作用。例如，光降解与氧化物降解常同 时进行并互相促进；生物降解更易发生在光降解过程之后。三 降解塑料的种类可降解塑料一般分为四大类，在四种降解塑
3、料中，生物降解塑料随着现代生 物技术的发展越来越受到重视，成为研究开发的新一代热点。（一）光降解塑料在塑料中掺入光敏剂，在日照下使塑料逐渐分解掉。它属于较早的一代降解 塑料，其缺点是降解时间因日照和气候变化难以预测，因而无法控制降解时间； 1 解塑料定义只能背光照射后才发生降解的塑料成为光降解塑料。光降解的塑料制品一旦 埋入土中，失去光照，降解过程则停止。光降解塑料的生产工艺简单、成本低、 缺点是降解过程中受环境条件影响大。2 光降解塑料的类型光降解塑料分为共聚型和添加型两类，前者是用一氧化碳或含碳单体与乙烯 或其他烯烃单体合成的共聚物组成的塑料。由于聚合物链上含有碳基等发色基团 和弱键，易于
4、进行光降解。后者是在通用的塑料基材中加入如二苯甲酮、对苯醌 等光敏剂后制得，制造技术简单。光敏剂能吸收300nm波长的光线，与相邻的分 子发生脱氢反应，将能量转给聚合物分子，引发光降解反应，使分子量下降。(1) 共聚型光降解塑料将适当的光敏感基团(如一 CH=O)通过共聚的方式引入聚合物材料的分子结 构中，从而赋予高分子材料光降解的特性。目前，合成的光降解聚合物，主要是烯烃和一氧化碳或烯酮类单体的共聚物。 这样，就能够得到含有羰基结构并可以发生光降解的PE、PP、PVC、PET、PA等。最近，美国和加拿大合作开发的Ecolyte是丙烯、氯乙烯、苯乙烯和乙烯基 酮的共聚物，据称不仅可以使PP、P
5、VC、PS等塑料具有光降解性，并且可以通过 调节乙烯基酮的含量来控制光降解的时间。羰基化聚合物的主要缺点是一旦在光的作用下就发生降解，没有诱导期，使 用时必须加入适当的稳定剂，以控制光降解过程。(2) 添加型光降解塑料 把含有发光基团的光敏化物质或光分解剂混入聚合物材料中，如金属氧化 物、盐、有机金属化合物、多核芳香化合物、羰基化合物等，由这些物质吸收光 能后(主要是紫外线)产生自由基，或者将激发态能量传递给聚合物材料使其产生 自由基，然后促使高分子材料发生氧化反应，达到劣化的目的。通过添加各种光 敏剂或光分解剂来促使聚合物材料加快光降解。光降解添加剂主要有下述几种： 羰基甲基酮类；金属化合物
6、；含有芳烃环结构的物质；过氧化物；卤化物；颜料 等添加剂。添加型光降解塑料的缺点是：这些低分子物质由于扩散会从聚合物表面析 出，并有向与聚合物接触的物质迁移的倾向，会降低分解效果。若添加剂对人体 有害，则不适于包装食品或制造容器。3 光降解机理 光降解塑料就是材料在光的作用下会发生降解。它宝库合成型和添加型，但是不论哪种，它的降解机理和降解过程都是一致的。由于光降解塑料是在普通或 改性的塑料中加入了特定的光敏剂，这类光敏剂在自然光照下能有效地吸收阳光 中的紫外线，获得能量后呈激发状态，然后又将能量传递或转移给容易激发的基 团或化学键，进行光化学反应，由此导致大分子的降解，不断形成容易被微生物
7、吞食的小分子碎片，达到了降解的目的。若材料内同时也加入了自氧化剂的话， 它将会与土壤中的金属盐生成过氧化物，这些过氧化物再作用于碳链骨架，使分 其分子链断裂而降解成容易被微生物吞食的小分子 化合物。此种材料的降解速度与其分子的化学链强弱及结构成分，基团性质有光，与加入光敏剂的种类，用量及其他配合剂有关。包装与环境 戴洪民 105页4 光降解塑料的制备。 光降解塑料的制造是在合成的过程中就引入了一些能量很低就能使链断开的弱键，或接上一些见光分解的感光基团(乙烯酮、羰基等)和易转移的原子，这 样当光作用于它，它才能很快发生化学反应。目前，日本、加拿大、英国、以色 列都已研制出阳光下就能很快自行分解
8、、自行消失的新光解材料。而且在加工成型前，在光降解塑料的配料中要加入特定的光敏剂、自氧化剂 或其他的锈蚀剂等。这是光分解的必要和先决条件。常用的光敏剂有某些过渡金 属化合物，如硬脂酸铁、乙酰基丙酮铁、二硫化氨基甲酸铁等有机铁化合物，二 茂铁衍生物和铁的烷基化合物，还有重金属有机盐类。5 光降解影响因素(1) 塑料分子结构。光降解塑料的分子结构是光降解的主要影响因素。（2）光敏剂。添加光敏剂可促进光降解。光敏剂在初期能延续其光化学反应。 经诱导期后，被光激发可以将其激发态能量转移给聚合物（塑料），加速其光化学 反应，使塑料发生降解和氧化。常用的光敏剂有乙酰丙酮金属化合物、二硫代氨 基甲酸金属化合
9、物、二茂铁、硬脂酸盐和肪盐等。（3）光波长。根据光量子理论，光波长越短，光量子所具有的能量越大，在290 口 m400 口 m范围的紫外光所具有的光能量一般高于引起塑料高分子链上各种化 学键断裂所需要的能量。但是各种高分子结构对光波波长的敏感性各有不同。如 果所吸收的波长不是某种高分子的敏感波长，其光降解作用就很小。所以，紫外 光的波长必须与塑料高分子断裂的敏感波长相匹配。（4）大气条件。大气中的氧、热、湿度会加速光降解。若升高温度，高分子热 运动加剧，大分子碰撞次数增多，有利于与氧接触发生光氧化反应。6 光降解塑料的发展与应用 降解塑料是为环境保护而发展起来的新兴材料，它主要用于代替不易降解
10、的 传统塑料，消除白色污染源，可广泛应用于大量使用的一次性包装制品、卫生用 品、农用制品，如购物袋、垃圾袋、餐具、尿布、农用地膜等。目前，光降解塑 料在技术上比较成熟。（二）生物降解塑料 指在自然界微生物（如细菌、霉菌和藻类）的作用下，可完全分解为低分子化 合物的塑料。其特点是贮存运输方便，只要保持干燥，不需避光，应用范围广， 不但可以用于农用地膜、包装袋，而且广泛用于医药领域；1 生物降解塑料的定义 生物降解塑料是指一类由自然界存在的微生物如细菌、霉菌（真菌）和藻类的作用而引起降解的塑料。理想的生物降解塑料是一种具有优良的使用性能，弃 后可被环境微生物完全分解，终被无机化而成为自然界中碳素循
11、环的一个组成部 分的高分子材料。“纸”是一种典型的生物降解材料，而“合成塑料”则是典型 的高分子材料。因此，生物降解塑料是兼有“纸”和“合成塑料”这两种材料性 质的高分子材料。2 生物降解塑料的分类 生物降解塑料又可分为完全生物降解塑料和破坏性生物降解塑料两种。 破坏性生物降解塑料当前包括淀粉改性（或填充）聚乙烯PE、聚丙烯PP、聚氯乙烯PVC、聚苯乙烯PS等；完全生物降解塑料主要是由天然高分子（如淀 粉、纤维素、甲壳质）或农副产品经微生物发酵或合成具有生物降解性的高分子 制得，如热塑性淀粉塑料、脂肪族聚酯、聚乳酸、淀粉、聚乙烯醇等均属这类塑 料。3 生物降解机理 生物降解塑料的降解机理主要是
12、通过各种细菌及酶将高分子材料分解成二氧化碳、水、蜂巢状的多孔材料和低分子的盐类，它们可被植物用于光合作用， 不会对环境造成污染。生物降解塑料的降解过程是微生物与之作用、消化吸收的 过程，一般分为3步。首先，高分子材料表面被微生物黏附。微生物黏附表面的 方式受高分子材料表面张力、表面结构、多孔、陡、环境的搅动程度以及可侵占 的表面积的影响；其次，微生物在高分子材料表面分泌酶，酶再作用于高分子， 通过水解、氧化等反应将高分子断裂成低分子的碎片；最后，微生物吸收或消耗 低分子的碎片。功能性包装材料 柯贤文 121页4 生物降解塑料的制备(1) 微生物合成型。此类型的合成过程是通过用葡萄糖或淀粉类对微
13、生物进行 喂养，使它在体内吸收并发酵合成出两类高分子，一类是微生物多糖，一类是微 生物聚酯。它们都具有生物降解性。其中微生物多糖又可分为菌体外和菌体内两 种，前者由于菌体易于与合成物分离，适宜于工业化生产。(2) 合成高分子型。合成高分子型材料的制备，是采用能够被自然微生物吞食 的有机小分子化合物，经过新的合成技术将它们聚合成能够生物降解的结构并与 天然高分子类似的高分子化合物。通常采取两个步骤，第一步应用发酵技术廉价 制造氨基酸、糖类、聚酯等原料。第二步应用科学配套的高分子合成方法及工艺 来制备能经微生物降解的高分子材料。(3) 掺和型。掺和型生物降解塑料是在没有生物降解性的塑料中，掺和一定
14、量 具有生物降解性的物质，使其融为一体，经加工后获得的制品具有一定的生物降 解性。(4) 化学改性型淀粉塑料。化学改性型淀粉塑料是将淀粉经过化学改性后混合 到塑料树脂中而制成的。特点是要对淀粉进行改性。原因是由于淀粉与聚合物的 相容性差。具体做法是把淀粉与具有PE近似结构的乙烯基类单体进行接枝共聚， 形成改性淀粉，然后再与聚合物混合，由此得到相容性好的均匀分散体系。其产 品力学性能大幅度上升。(5) 物理改性型淀粉塑料。物理改性型淀粉塑料，是将淀粉经物理方法处理后 再与塑料树脂混合而制成。这种物理处理过程也是为了提高淀粉与树脂的表面亲 和性。其方法有多种，但应用现代物理的等离子体轰击方法快捷、
15、处理量大，程 序简单，能有效的改变物体的表面结构，不愧为一种最先进的方法。这种淀粉塑 料可以制成各种包装材料及农用薄膜。目前此种淀粉塑料中淀粉的添加量可高达 50%左右，产品废弃物在34个月即可被自然和微生物分解。绿色包装武军 82-845 生物降解影响因素 影响微生物降解的因素主要包括微生物自身的活性、目标化合物的特征及环 境条件的特点。(1) 微生物的活性微生物的活性取决于微生物的种类、生长状态、环境因素等。不同种类的微 生物对同一底物，如有机物或重金属的适应能力及分解或转化能力是不同的。处 于不同生长期的微生物分解和(或)转化污染物的能力也有很大差别。微生物在生 长最快的对数期，代谢最旺
16、盛，活性最强，分解或转化污染物的能力也最强。微生物的适应与驯化对其降解能力及活性也有重要影响。通过适应过程，一 些较难降解的物质能诱导降解酶的合成，或由于自发突变而建立新的酶系，或不 改变基因型，但显著改变其表现型，进行自我调节来降解转化污染物。(2) 目标化合物特征 通常，结构简单、分子质量小的化合物比结构复杂、分子质量大的化合物易降解，聚合物和复合物较难生物降解。如烃类化合物一般是链烃比环烃易降解， 不饱和烃比饱和烃易降解，直链烃比支链烃易降解，支链烷基越多越难降解。碳 原子上的氢都被烷基或芳基取代时，会形成生物阻抗性物质。对一些特殊化合物而言，确定污染物质生物降解性及降解生成产物具有重要 的应用意义。但迄今为止只建立了几种化合物结构对其生物降解性影响的一般规 律，时常有例外情况出现，建立一般规律难度很大，还需要进行许多研究工作。(3) 目标化
