高分子環(huán)境材料課件

第七章、高分子環(huán)境材料一、環(huán)境問題目前高分子材料存在的環(huán)境問題廢棄物——“白色污染”、“黑色污染”、“彩色污染”。90年代初，世界塑料產(chǎn)量已達(dá)到1億噸/年，橡膠3100萬噸/年；廢棄量，塑料約為同期產(chǎn)量的70%，橡膠40%。項目實例1生產(chǎn)過程原材料采用有毒原料的生產(chǎn)方式廢液、廢棄物等2加工過程重金屬添加劑作為發(fā)泡劑的氟氯烴增塑劑殘留單體石棉的致癌性3燃燒發(fā)煙性產(chǎn)生有毒氣體4廢棄堆埋焚燒回收與再生利用表1高分子材料的環(huán)境問題環(huán)境友好的高分子材料特征產(chǎn)品本身必須不會引起環(huán)境污染或健康問題，包括不會對野生生物、有益昆蟲或植物造成損害；當(dāng)產(chǎn)品被使用后，應(yīng)該能再循環(huán)或易于在環(huán)境中降解為無害物質(zhì)。環(huán)境活性高分子——可降解環(huán)境惰性高分子——再生循環(huán)利用主要研究內(nèi)容合成工業(yè)的綠色化廢棄物的再生循環(huán)可降解高分子材料長壽命材料環(huán)境友好的新型功能高分子材料環(huán)境材料的設(shè)計及環(huán)境協(xié)調(diào)性評估圖1綠色化學(xué)示意圖１降解方式生物降解（離不開酶的作用）微生物降解大型生物降解光降解化學(xué)降解二、可降解高分子材料２可降解高分子材料光降解材料生物降解材料光降解－生物降解材料新概念材料可種植型高分子降解材料細(xì)菌制造的可降解高分子材料如聚羥基烷酸酯

（１）光降解高分子材料光降解塑料就是一種能在日光條件下快速光老化的塑料，其主要反應(yīng)是塑料吸收太陽光中的紫外線，引發(fā)光化學(xué)反應(yīng)，使高分子鏈鍵斷裂的過程。在塑料中加入光敏性物質(zhì)國外已應(yīng)用于農(nóng)用地膜、垃圾袋、快餐容器、飲料罐拉環(huán)，以及包裝塑料制品等一次性用品（２）生物降解高分子材料天然高分子型纖維素甲殼素共混型——淀粉基材料生物合成材料化學(xué)合成材料生物降解材料共混型（添加天然高分子——淀粉）應(yīng)用：快餐盒、塑料袋等缺點：不完全降解（思考：會造成何種危害？）可完全生物降解微生物合成的聚羥基丁酸酯（PHB）（洗發(fā)香波、化妝品包裝盒等）人工合成的脂肪族酯和聚乳酸（PLA）（PLA可作為醫(yī)用材料，如手術(shù)線、人造血管、人造皮膚、緩釋性藥品包衣等等）圖3聚L-乳酸在自然界的循環(huán)過程示意圖

３發(fā)展前景——挑戰(zhàn)與機(jī)遇共存目前研究水平提倡發(fā)展天然高分子材料對于解決“白色污染”問題，忌過分夸張宣傳需要解決的問題成本性能全降解降解時間的控制三、高分子材料的回收利用解決污染，變廢為寶，減少環(huán)境負(fù)荷有哪些方法？簡單再生作填充料改性利用裂解或化學(xué)分解熱能利用在日本，通過焚燒回收熱能的廢舊塑料約占回收總量的36％，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于簡單的直接再生或復(fù)合再生的比例；原聯(lián)邦德國已有47家廢舊塑料燒結(jié)廠(并計劃繼續(xù)擴(kuò)建這類工廠)，它們將這種熱能用于火力發(fā)電，已占總電力的6％左右。

土埋處理是否屬于回收利用技術(shù)？如何評價該處理措施？1廢舊塑料熱塑性塑料思考：以PE為例，如何實行再生循環(huán)？熱固性塑料機(jī)械粉碎化學(xué)分解熱能利用塑料的再生實例【例1】PET塑料（熱塑性塑料）聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）飲料瓶分離——清洗、分離——熔融造?！偕脩?yīng)用：再生纖維（夾克衫，滑雪服，地毯等）薄膜、制磚（路基用材料）、煉油等等[例2]聚苯乙烯制防水涂料將廢聚苯乙烯泡沫塑料用水洗凈、曬干、粉碎，用二甲苯—乙酸乙酯—環(huán)己酮溶解，再加入一定量的增塑劑鄰苯二甲酸二丁酯和乳化劑0P－10，快速攪拌均勻。然后，邊攪拌邊將一定量的水慢慢加入油相液中，得到乳白色乳狀液，即防水涂料成品。該防水涂料可以用于瓦楞紙箱等的防潮，也可用于纖維板的防水。

膠粉摻入膠料中代替部分生膠，活化膠粉或改性膠粉可用于制造各種橡膠制品(如汽車輪胎、運輸帶)；與瀝青混合，用于公路建設(shè)和房屋建筑；與塑料共混改性，可制作防水卷材、農(nóng)用節(jié)水滲灌管、消音板和地板、水管和油管、包裝材料、框架、周轉(zhuǎn)箱、浴缸、水箱；制作涂料、油漆和粘合劑；生產(chǎn)活性炭。

橡膠粉碎設(shè)備再生膠是指硫化膠脫硫、重新硫化所得到的產(chǎn)物。

熱裂解燃燒3廢舊纖維作為增強(qiáng)材料橡膠制品工程塑料塑料建筑材料回收單體四、長壽命材料無論短壽命還是長壽命，都應(yīng)以維持生態(tài)環(huán)境和節(jié)約資源及提高利用率為最基本目標(biāo)。

建筑材料及其構(gòu)件棚膜超長壽命混凝土日本在水灰比0.5的普通混凝土中摻入乙二醇醚衍生物和氨基醇的衍生物，混凝土可達(dá)超高耐久性（500年以上）并具有優(yōu)異的耐酸性。五、其他CO2樹脂儲能材料環(huán)境工程材料環(huán)境凈化材料環(huán)境修復(fù)材料CO2樹脂意義結(jié)構(gòu)CO2樹脂CO2樹脂的應(yīng)用生物降解材料隔氧保鮮材料特征陶瓷粘結(jié)劑（溫和分解無殘留）無機(jī)填料表面處理劑（良好的表面親和性）脆性材料的增塑、增韌橡膠彈性體補(bǔ)強(qiáng)劑固體電解質(zhì)（與金屬絡(luò)合）新型液晶材料現(xiàn)在在國外已經(jīng)有小批量的聚碳酸亞丙酯的生產(chǎn)（售價相當(dāng)高），我國現(xiàn)有的技術(shù)，已經(jīng)可以使二氧化碳共聚物材料在工業(yè)上以不高的成本生產(chǎn)出來。然而由于二氧化碳本身的惰性及其共聚物在某些性能方面的缺陷，二氧化碳共聚物材料的廣泛應(yīng)用沒能在20世紀(jì)實現(xiàn)。圖各生產(chǎn)階段的歸一化結(jié)果

PPC的環(huán)境負(fù)荷主要來自生產(chǎn)階段，即丙烯、環(huán)氧丙烷和聚合物生產(chǎn)；主要環(huán)境負(fù)荷工序是環(huán)氧丙烷生產(chǎn)；環(huán)氧丙烷和丙烯生產(chǎn)的主要環(huán)境負(fù)荷類型均為溫室效應(yīng)，聚合物生產(chǎn)則以酸化效應(yīng)為主。結(jié)合清單分析可知這三個工序的能耗大小與其環(huán)境負(fù)荷大小相對應(yīng)。圖不同環(huán)境影響類型的歸一化結(jié)果聚碳酸亞丙酯生命周期過程中的主要環(huán)境負(fù)荷類型為溫室效應(yīng)、酸化效應(yīng)。聚碳酸亞丙酯整個生命周期過程中，各種環(huán)境影響類型的相對大小為：GWP>AP>POPC>ADP>HT。圖聚乳酸各階段的歸一化結(jié)果PLA的環(huán)境負(fù)荷主要在材料的生產(chǎn)階段，從淀粉生產(chǎn)到聚乳酸生產(chǎn)整個生產(chǎn)階段的各個工序中乳酸生產(chǎn)是其環(huán)境熱點。圖聚乳酸各種環(huán)境影響的歸一化結(jié)果PLA的主要環(huán)境負(fù)荷類型是酸化效應(yīng)和溫室效應(yīng)。聚乳酸整個生命周期過程中各種環(huán)境影響的大小依次為：AP>GWP>POPC>ADP>HT。圖非石油基聚碳酸酯生命周期過程各階段的歸一化結(jié)果NPC的主要環(huán)境負(fù)荷工序是生產(chǎn)階段的糠醛和縮水甘油醚的生產(chǎn)。圖非石油基聚碳酸酯各種環(huán)境影響的歸一化結(jié)果NPC主要環(huán)境負(fù)荷類型為溫室效應(yīng)。NPC不同環(huán)境影響類型的環(huán)境負(fù)荷大小依次為：GWP>AP>POPC>ADP>HT四種樹脂的環(huán)境排放與能耗圖四種樹脂的污染物排放與能耗圖四種樹脂各種環(huán)境影響的歸一化結(jié)果各種環(huán)境影響類型的分析四種產(chǎn)品的總的環(huán)境負(fù)荷大小依次為PLA>PPC>PE>NPC。聚乳酸的環(huán)境影響較聚乙烯高28.57%，而主要的環(huán)境影響類型是乳酸生產(chǎn)過程消耗的大量蒸汽等能源造成的SO2的間接排放引起的；聚碳酸亞丙酯的環(huán)境負(fù)荷較聚乙烯高13.78%，聚碳酸亞丙酯的主要環(huán)境負(fù)荷來自環(huán)氧丙烷生產(chǎn)，此工序消耗的大量能源以及石灰是造成此工序環(huán)境負(fù)荷大的原因，此外，聚合物生產(chǎn)階段的高能耗也是造成聚碳酸亞丙酯整個生命周期過程環(huán)境負(fù)荷高的原因；非石油基聚碳酸酯的環(huán)境負(fù)荷最低，只有聚乙烯的31.98%，因此如能盡早實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，將對降低環(huán)境污染，節(jié)約化石能源有很大的幫助。圖四種樹脂的歸一化結(jié)果圖改進(jìn)工藝后四種樹脂的歸一化結(jié)果改進(jìn)工藝后PPC和PLA的各種環(huán)境負(fù)荷都不同程度的降低，并且是總的環(huán)境負(fù)荷分別降低了27.93%和21.46%。與PE相比，PPC的各種環(huán)境影響類型中只有酸化效應(yīng)突出，而總的環(huán)境負(fù)荷比PE小17.91%；PLA的人體健康損害和酸化效應(yīng)上較PE突出，總的環(huán)境負(fù)荷較PE高，但也僅高了0.98%。PPC和PLA兩種材料