綠色高分子材料發(fā)展

1、綠色高分子材料的研究進(jìn)展摘要 本文介紹了綠色高分子材料的定義及分類、各種塑料再生技術(shù)及可降解高分子材料的分類和定義及其特性。關(guān)鍵詞 綠色高分子材料 塑料再生技術(shù) 降解高分子材料概述高分子材料是指單體通過加聚反應(yīng)或縮聚反應(yīng)得到的聚合物而形成的材料,如各種塑料、橡膠等.隨著高科技的迅猛發(fā)展,高分子材料在各行各業(yè)的應(yīng)用日趨增多,據(jù)統(tǒng)計(jì)我國是合成高分子材料的大國,特別是農(nóng)用地膜歷年來居世界首位,其它塑料制品也名列前茅,而高分子材料的不可降解性和低回收利用率對環(huán)境造成的危害(白色污染)已不可低估,現(xiàn)已成為固體廢棄物處理中的一個(gè)世界性棘手難題,因此消除白色污染,實(shí)施綠色高分子材料的循環(huán)利用迫在眉睫.綠色高

2、分子材料是一種對環(huán)境友好的高分子材料,是一種可持續(xù)發(fā)展的生產(chǎn)和使用過程,它充分、合理地利用資源和能源,并把整個(gè)預(yù)防污染環(huán)境的戰(zhàn)略持續(xù)地應(yīng)用到生產(chǎn)全過程和產(chǎn)品生命周期全過程中,以減少對人類和環(huán)境的危害.其中的“綠色”就是指從高分子材料合成的源頭單體著手,選擇對環(huán)境友好的單體材料及合成工藝,并且考慮合成的高分子材料對環(huán)境的相容性(即在較短的時(shí)間內(nèi)自然降解或解聚)及產(chǎn)品的生命周期性(產(chǎn)品使用后的回收利用).當(dāng)前消除白色污染的途徑主要是降解和資源化.1綠色高分子材料高分子材料的綠色化主要表現(xiàn)在可降解性目前研究最多的是可降解塑料。所謂可降解,是指在一定的使用期內(nèi),具有與普通塑料同樣的使用功能超過定期限以

3、后其分子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化并能自動(dòng)降解而被自然環(huán)境同化?？山到獾母叻肿硬牧弦岩鹗澜绺鲊母叨戎匾?例如日本組織了60多家大公司,成立“生物降解性塑料研究會(huì)”;美國也以幾家大公司為主體,成立了“可降解塑料協(xié)會(huì)”;歐美各國還制定了相應(yīng)法規(guī),禁用或限制非降解塑料的使用。中國從20世紀(jì)80年代開始研究和開發(fā)可降解塑料制品,現(xiàn)已有光降解農(nóng)用地膜、生物降解農(nóng)用地膜、可控光降解與微生物降解農(nóng)用地膜、可降解餐具等商品面世4。目前,根據(jù)降解方式和條件,可分下列幾種類型。1. 1光降解塑料光降解塑料的光降解反應(yīng)機(jī)理,是在太陽光的照射下引發(fā)光化學(xué)反應(yīng),使高分子化合物的鏈斷裂和分解,從而使分子量變小。光降解塑料的制備方法

4、有兩種:一是在塑料中添加光敏化合物;二是將含羰基的光敏單體與普通聚合物單體共聚,如以乙烯基甲基酮作為光敏單體與烯烴類單體共聚,成為能迅速光降解的聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺等聚合物“可控光降解塑料”是現(xiàn)在研究的可控降解塑料的主體。這種特殊的可降解塑料必須能精確控制誘導(dǎo)期,在誘導(dǎo)期內(nèi),其力學(xué)性能至少能保持在80%以上,達(dá)到有效使用期后,力學(xué)性能迅速下降。這種可控光降解技術(shù)的關(guān)鍵是選用合適的光敏劑,這種光敏化合物應(yīng)具有兩重性,即在塑料聚合加工過程以及在使用有效期內(nèi),應(yīng)該起抗氧化劑作用,使塑料具有適當(dāng)長的誘導(dǎo)期并保持一定的穩(wěn)定性和力學(xué)性能,過期后,又起到光解促進(jìn)劑的作用。1. 2生物降解塑料生物降解塑料可

5、以在細(xì)菌、酶和微生物的侵入、吸收及破壞下產(chǎn)生分子鏈的斷裂,從而達(dá)到降解、崩壞的結(jié)果。生物降解塑料有兩種不同的降解方式,一種稱為生物降解,主要是由微生物的作用使高分子鏈斷裂,這種降解是一種連續(xù)性的微量漸變過程,表現(xiàn)的形式是塑料整體的逐漸消失,例如聚3一羥基基丁酸酯及其衍生物、醋酸纖維素等;另一種稱為生物崩壞,雖也是微生物或細(xì)菌的作用,但塑料的降解過程表現(xiàn)為整體的崩潰,是一種突變過程,如淀粉、PE、PP、PVC、PS等共混物。1. 2. 1天然高分子塑料 天然多糖類(如淀粉、甲殼素等)由于化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和可加工性,在生物降解塑料中占重要地位。以淀粉為主要成分的降解塑料構(gòu)成了生物降解塑料的第一大類。為

6、了改善親水性淀粉和憎水性樹脂之間的相容性,往往加入淀粉的接枝聚合物作相容劑。目前使用最多的接枝單體有苯乙烯、丙烯睛烷基丙烯酸醋類等5。1.2. 2合成降解塑料除了天然高分子塑料外,還有一部分可完全降解的合成塑料?，F(xiàn)在開發(fā)和研究多的有2種:微生物合成的聚羥基丁酸酯(PHB)、人工合成的脂肪族聚酯。PHB是一種可完全降解的熱塑性塑料。脂肪族聚酯是由脂肪鏈酯類加成開環(huán)聚合而成,雖屬不溶性固體,但很容易被多種微生物降解。脂肪族聚酯中研究最多的是聚-己內(nèi)酯,分子量為4 000,熔點(diǎn)63,250分解,一年可完全消失。1.3光降解-生物降解塑料為了提高可降解塑料制品的實(shí)際降解程度,近年有人將光降解和生物解結(jié)

7、合起來,制備光和微生物雙降解塑料已取得較好的效果。目前公認(rèn)的產(chǎn)品是聚乳酸(PLA),它由乳酸分子經(jīng)羥基和機(jī)械強(qiáng)度高,常用于醫(yī)用材料,它不僅符合醫(yī)用要求,而且能被人體逐步分解吸收,有助于損傷肌體的康復(fù)。最近,穆鍵等報(bào)道了采用陽離子聚合法制備聚對二氧環(huán)己酮(PDX)的合成方法及其結(jié)構(gòu)性能關(guān)系。PDX是繼聚已內(nèi)酯、聚己交酯和聚丙交酯之后,近年發(fā)展迅速的新型合成可生物降解材料。該材料毒性低,具有優(yōu)良的相容性和可生物降解性,強(qiáng)度高,玻璃化溫度低,常溫下具有一定彈性,而且可溶、可熔。因此,應(yīng)用前景十分看好。2合成工藝的綠色化我國著名高分子化學(xué)家、中科院院士馮新德認(rèn)為綠色高分子合成中綠色反應(yīng)應(yīng)包括這樣幾個(gè)主

8、要內(nèi)容，一是無副產(chǎn)物，二是對副產(chǎn)物作無害處理，三是將反應(yīng)條件改變?yōu)閷Νh(huán)境無害，四是將催化劑改為對環(huán)境無害。首先，從原子經(jīng)濟(jì)性方面考慮，理想的原子經(jīng)濟(jì)反應(yīng)是原料分子中的原子百分之百地轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物，不產(chǎn)生副產(chǎn)物或廢物，實(shí)現(xiàn)廢物的零排放。如環(huán)氧丙烷是生產(chǎn)聚氨酯泡沫塑料的重要原料，傳統(tǒng)上主要采用二步反應(yīng)的氯醇法，不僅使用危險(xiǎn)的氯氣，而且產(chǎn)生大量含氯化鈣的廢水，造成環(huán)境污染。國內(nèi)外均在開發(fā)鈦硅分子篩上催化氧化丙烯制環(huán)氧丙烷的原子經(jīng)濟(jì)新方法。其次，從原材料方面考慮，盡量采用無毒無害的、來源豐富的可再生資源等.研究開發(fā)了在固態(tài)熔融狀態(tài)下，采用雙酚 A 和碳酸二甲酯聚合生產(chǎn)聚碳酸酯的新技術(shù)，它取代了常規(guī)的光氣臺(tái)

9、成路線，避免了有毒有害的原料和溶劑的使用。美國開發(fā)了玉米淀粉和 PVA 的共混物，可用普通加工技術(shù)加工，強(qiáng)度與普通相近，且其分解率達(dá)到 100 %。淀粉還可以非常容易的轉(zhuǎn)化為葡萄糖，利用葡萄糖可以制備己二酸、鄰苯二酚和對苯二酚等一系列化工原料，實(shí)現(xiàn)了聚合物原料單體的無害化。第三，從工藝方面考慮，盡量在溫和的條件下進(jìn)行反應(yīng)；催化劑的綠色化以及降低溶劑和能源的需求。在高分子的合成過程中，其需要的溶劑、催化劑、能源以及其產(chǎn)生的副產(chǎn)物等對環(huán)境都具有較大的影響，其殘留的有毒有害物質(zhì)更可能直接危害使用者身體健康。在能量方面，可以用光、微波、輻射等來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的加熱引發(fā)聚合反應(yīng)。徐僖等對聚合物或聚合物-單體體

10、系超聲輻射，合成了許多共聚物，例如 PEO-AN、PVA-AN 等，其中一些是新型的共聚物，并且有些產(chǎn)品已得到了廣泛的應(yīng)用。仿酶催化是化學(xué)領(lǐng)域研究熱點(diǎn)之一，在高分子綠色化研究中也值得進(jìn)一步重視和加強(qiáng)，酶催化反應(yīng)以高效性專一性且條件溫和而令人注目，但天然酶在實(shí)際應(yīng)用尚有不少困難，開發(fā)具有與酶功能相似甚至更優(yōu)越的人工酶已成為當(dāng)代化學(xué)與仿生科學(xué)領(lǐng)域的重要課題之一。模擬酶，就是從天然酶中揀選出起主導(dǎo)作用的一些因素，用以設(shè)計(jì)合成既能表現(xiàn)酶的優(yōu)異功能又比酶簡單、穩(wěn)定得多的非蛋白質(zhì)分子或分子集合體，模擬酶對底物的識(shí)別、結(jié)合及催化作用，開發(fā)具有綠色高分子特點(diǎn)的一些新合成反應(yīng)或方法。仿酶催化不僅兼具酶催化與化學(xué)

11、催化兩者的特點(diǎn)，而且是實(shí)現(xiàn)綠色高分子目標(biāo)的直接而有救的途徑。3 綠色高分子材料的展望綠色高分子材料是近年才產(chǎn)生和發(fā)展起來門科學(xué),國內(nèi)外有關(guān)綠色高分子材料的研究活動(dòng)勃興起。目前,關(guān)于綠色高分子材料的聚合單體擇、新的合成方法、產(chǎn)品應(yīng)用、廢舊物資回收等已了許多顯著成果,但短時(shí)間內(nèi)以新工藝完全取代的高分子生產(chǎn)工藝或者以新的綠色高分子產(chǎn)品代替?zhèn)鹘y(tǒng)高分子產(chǎn)品均較難。所以應(yīng)樹立:(1)在盡可能滿足用戶對材料性能要求的同還必須考慮節(jié)約能源和資源,減少對環(huán)境的污染(2)在設(shè)計(jì)高分子產(chǎn)品時(shí),一定要關(guān)注產(chǎn)品圍環(huán)境的協(xié)調(diào)性,盡量避免廢棄物對環(huán)境造成污隨著綠色化學(xué)的發(fā)展,人們對綠色高分子認(rèn)識(shí)的加深,可以預(yù)測: (1)利用新的合成方法材料的生產(chǎn)、使用及回收與環(huán)境相協(xié)調(diào); (2)高效生產(chǎn)技術(shù),合理選擇聚合單體,使高分子朝精細(xì)化、功能化、高性能化以及生態(tài)化方向發(fā)(3)改進(jìn)設(shè)計(jì)方案,根據(jù)高分子材料制品的用行相應(yīng)的