環(huán)境降解高分子材料課件

1、(最新整理)環(huán)境降解高分子材料2021/7/261第六章 環(huán)境降解高分子材料2021/7/262概述光降解高分子材料生物降解高分子材料主要內(nèi)容2021/7/263高分子二十世紀崛起的材料巨人 1932年高分子學科出現(xiàn)，Staudinger 1935年合成尼龍66，Carothers 廣泛應用6.1 概述2021/7/264高分子材料 60陶瓷10金屬30三分天下有其一2021/7/265高分子材料的正負面影響 給人們的生活帶來便利。 消耗大量的天然資源。 造成環(huán)境污染。2021/7/266高分子材料使用廢棄后如何處理？國際上通常使用三種方法2021/7/267填埋焚燒回收再利用占用大量土地，造

2、成土壤劣化。 產(chǎn)生有害氣體，造成二次污染。 難度大、成本高。2021/7/268 保證人們的生活品質(zhì) 減少環(huán)境污染 治標治本: 推廣環(huán)境可降解高分子材料 符合高分子材料綠色化的潮流。2021/7/269概念：指高分子材料在一定的條件下 會自動分解、消失。 原因：高分子材料的化學結(jié)構(gòu)發(fā)生顯 著的變化，造成某些性能下降， 能被生物體侵蝕或代謝而降解。高分子材料的降解性2021/7/2610降解反應熱降解機械降解氧化降解化學降解光降解生物降解環(huán)境降解2021/7/2611按降解高分子的組成和結(jié)構(gòu)摻混型在普通高分子中加入可降解的物質(zhì)或可促進降解的物質(zhì)結(jié)構(gòu)型本身具有降解結(jié)構(gòu)的高分子。2021/7/261

3、2農(nóng)用地膜園藝用品包裝材料垃圾袋一次性餐具衛(wèi)生用品應用領(lǐng)域2021/7/2613降解性能評價標準和方法不統(tǒng)一降解塑料的性能不盡如人意，力學性能一般，耐水性差，濕強度不高，耐熱性差價格昂貴，高15%以上存在問題2021/7/26146.2 光降解高分子材料1.光降解機理在光的作用下，引起光化學過程，使高分子化學物的鏈斷裂和分解。（引入吸光基團，即發(fā)色團）。結(jié)果：使材料老化、力學性能變壞，失去使用價值。 無氧光降解 有氧光降解 有光敏劑參加的光降解2021/7/2615 無氧光降解 主要發(fā)生在聚合物分子中含有發(fā)色基團或含有光敏劑時。 機理不清楚2021/7/2616 有氧光降解自由基引起聚合物的斷

4、鏈、降解典型的：聚丙烯的光降解過程2021/7/2617 有光敏劑參加的光降解高聚物中含光敏劑，光敏劑吸收光能傳遞給聚合物，發(fā)生降解反應DhvD*D* + Cell-HDH + Cell DH + O2DOOHCell + O2CellOO CellOO + O2氧化纖維素+ OOHCell-H + OOH纖維素的氧化分解2021/7/2618影響光降解過程的因素 光的波長 材料的吸光度 光量子效率2021/7/26192. 光降解高分子材料的制備 結(jié)構(gòu)中含發(fā)色團：聚砜、聚酰胺，羰基，雙鍵（PB、PI） 使用時有良好的穩(wěn)定性，廢棄時迅速分解 兩種：共聚、共混2021/7/2620（1） 合成光

5、降解高分子材料通過共聚在大分子中引入感光基團，如酮基、雙鍵等，并通過控制感光基團的含量控制聚合物的壽命。含羰基的單體有：CO、甲基乙烯基酮、甲基丙烯基酮如：E/CO：羰基含量0.1%，壽命655h； 12%，脆化時間40h2021/7/2621（2） 摻入光敏劑能誘導和促進光降解反應 羰基化合物：二苯甲酮及其衍生物 金屬絡(luò)合物：二丁基二硫代氨基甲酸鐵 含有芳烴環(huán)結(jié)構(gòu)的物質(zhì)：蒽醌、二茂鐵 鹵化物：氯化鐵最有效2021/7/26223. 應用 包裝材料和農(nóng)膜：80%為聚烯烴（PE、PP、PS） 農(nóng)膜：保墑、提高土壤溫度、抑制雜草 當聚烯烴分子量小于500時，容易受微生物破壞進入自然界的生物循環(huán) 起

6、步早，發(fā)展快。 應用條件要求高，價格昂貴2021/7/26236.3 生物降解高分子材料1.概念在生物或生物化學作用過程中或生物環(huán)境中可以發(fā)生降解的高分子對環(huán)境要求不苛刻更容易完全降解成小分子質(zhì)量小、加工容易、強度高、便宜不產(chǎn)生二次污染2021/7/2624 高分子材料的表面被微生物粘附。 在微生物分泌的酶的作用下，高分 子斷裂成相對小的分子碎片。 微生物吸收或消耗碎片，經(jīng)代謝最 終形成二氧化碳和水等。2.生物降解過程2021/7/26253.生物降解性與高聚物結(jié)構(gòu)的關(guān)系易降解高分子結(jié)構(gòu)難降解高分子結(jié)構(gòu)表面粗糙表面光滑直鏈側(cè)鏈、支鏈、交聯(lián)柔軟晶態(tài)脂肪族芳香族低相對分子量高相對分子量親水性疏水性

7、2021/7/26264.生物降解高分子材料的分類生物降解塑料不完全生物降解塑料完全生物降解塑料高分子僅能被分解為散亂碎片，降解不徹底。生物降解高聚物與普通塑料共混。如淀粉添加的PS。微生物合成高分子化學合成高分子天然高分子及其衍生物完全分解為CO2和H2O2021/7/26275.天然生物降解高分子材料多糖：是由多個單糖分子縮合、失水而成，是一類分子結(jié)構(gòu)復雜且龐大的糖類物質(zhì)。 淀粉 纖維素 殼聚糖 木質(zhì)素最令人感興趣2021/7/2628（1）淀粉 淀粉塑料產(chǎn)量居生物降解塑料的首位 開發(fā)最早 完全降解成二氧化碳和水，無污染 采用適當?shù)墓に囀沟矸蹮崴苄曰圃旄鞣N塑料制品具有一定的力學性能 綠色

8、可再生，最經(jīng)濟的生物降解材料2021/7/2629 -1,4-苷鍵-1,4-苷鍵-1,6苷鍵OOHOOHOHOOCH2OH141OHOOHOHOCH2OHOHCH2O6直鏈淀粉支鏈淀粉2021/7/2630 填充型淀粉塑料 熱塑性全淀粉塑料 淀粉或改性淀粉與普通塑料共混 生物崩壞性，不能完全降解 對解決污染意義不大 淀粉含量90%，其他添加物也可生物降解 使淀粉分子改變構(gòu)型而無序化 價格太高，比PE貴4-8倍2021/7/26312021/7/2632（2）纖維素 纖維素是植物細胞壁的主要成分。棉花：90%，亞麻：80%，木材： 50%，竹子、蘆葦、稻草、野草 氫鍵，高結(jié)晶度，不溶于水和有機溶

9、劑，加熱分解，不熔化。應用時需改性，破壞氫鍵，醚化、酯化、縮醛化 可生物降解、化學降解、光降解2021/7/2633 與殼聚糖共混 與蛋白質(zhì)共混 與其衍生物共混 纖維素及其衍生物與單體共聚（縮聚） 與普通高聚物共混成型（塑木）共混和共聚完全降解2021/7/2634（3）甲殼素類2021/7/2635可降解性非熱塑性塑料，只能用流延法成型薄膜具有獨特的生理活性 抗菌性生物相容性醫(yī)藥、食品、農(nóng)業(yè)、化妝品、環(huán)保，可用作包扎、縫線、人造皮膚、緩釋劑、護膚品、發(fā)膠、絮凝劑等2021/7/26366.微生物合成降解高分子材料用微生物發(fā)酵法合成高分子脂肪族聚酯、聚糖類聚羥基脂肪酸酯（PHA）、聚-羥基丁酸

10、酯（PHB）產(chǎn)量小，成本高，副產(chǎn)物多，分離困難2021/7/26377.化學合成降解高分子材料可根據(jù)實際需要對結(jié)構(gòu)進行設(shè)計和調(diào)整主鏈上含有可水解的酯基、酰胺基、脲基脂肪族聚酯為重要品種聚乳酸（PLA）、聚（-己內(nèi)酯）（PCL）2021/7/2638聚乳酸（PLA）可制成纖維、薄膜、棒、螺栓縫合線、器官置換、食品包裝價格昂貴2021/7/2639聚（-己內(nèi)酯）（PCL）熔點低（60），不單獨作為塑料，共聚、共混覆蓋膜、秧苗盒、包裝材料2021/7/2640聚二元羧酸酯聚酰胺酯共聚物水溶性高分子（PVA、PEO、PAM、PAA）2021/7/2641地膜地下地膜分子量和強度下降50%。 60天左右

11、出現(xiàn)裂紋。80-90天出現(xiàn)大裂崩解。三個月失重率達60-80%。地表地膜降解為粉末狀。最終被微生物吞噬，放出二氧化碳和水，對土壤和作物無毒無害。8.應用2021/7/2642容器包裝材料目前使用較多的是現(xiàn)有包裝材料（聚乙烯、聚丙烯）中加入淀粉等生物降解劑使其容易降解。 2021/7/2643 2002年，大日精化工業(yè)公司開發(fā)了可生物降解油墨。該商品采用專用有機顏料，和天然衍生物材料（作添加劑）配制而成，其功能幾乎與傳統(tǒng)的照相印刷墨相當。油墨、顏料 2021/7/2644冷卻后有足夠的強度，保持長久不變形。可降解塑料放在熱水里軟化成一團。可以加工成各種形狀的玩具。玩具2021/7/2645吸水材料發(fā)動機油料2021/7/2646 醫(yī)用生物降解高分子材料，被植入人體后，不用依靠手術(shù)將其取出。 外科手術(shù)縫合線。 骨固定材料（骨釘、固定板）。 人造皮膚。在醫(yī)學領(lǐng)域中的應用2021/7/2647 組織或器官修復需要至少要半年以上。降解速度必須與組織部位的生長修復速度相一致。 皮膜組織修復需要310日； 內(nèi)臟組織修復需要1530日