聚苯乙烯聚乳酸的制备及生物降解性能研究开题报告告.doc

中 北 大 学毕业论文开题报告学 生 姓 名：郭亮学 号：0703034135学 院、系：材料科学与工程学院专 业：高分子材料与工程论 文 题 目：聚苯乙烯/聚乳酸的制备及生物降解性能研究指导教师:王燕 2011 年 03 月 07日毕 业 论 文 开 题 报 告1结合毕业论文情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右的文献综述：文 献 综 述1.1前言塑料作为一种材料己经渗透到工业、农业、国防及日常生活的各个领域，给人们的生活带来了很大的方便。当前世界塑料年产量已超过2亿吨，其中30%用于包装，在塑料应用中居于首位。这些包装材料经一次性使用后，绝大部分成了固体废弃物由于它重量轻，体积大，数量多，难以降解，又很难回收利用，使大量的废弃物丢弃在道路两旁、海洋、内河水域等，日积月累成为“白色污染”的主要来源之一1。生物降解塑料是指通过自然界微生物，如细菌、霉菌等作用可完全分解为低分于化合物的塑料材料(包括高分子化合物及其配合物)，它具有如下特点:可制成堆肥回归大自然。因降解而使体积减少，延长填埋场使用寿命。不存在普通塑料要焚烧问题，减少了有害气体的排放。可减少随意丢弃对野生动植物的危害。储存运输方便，只要保持干燥，不需避光。应用范围广，不但可以用于农业、包装工业，还可广泛用于医药领域。生物降解塑料的降解机理，即生物降解塑料被细菌等微生物作用而引起降解的形式大致有三种:生物物理作用，由于微生物侵蚀后其细胞的增长而使聚合物发生机械性破坏:生物化学作用，微生物对聚合物的作用而产生新的物质;酶的直接作用，微生物侵蚀部分导致塑料分裂或氧化崩裂2。1.2国内外研究现状生物塑料产品尚处于萌芽期和发展期，市场存在巨大增长潜力，目前正在向一些终端应用领域增强渗透力度美国BCC研究公司的预测报告认为，2012年全球可生物降解聚合物市场年均增长率为17.3%预计到2012年市场将增加到超过12亿磅（54.6万吨），混配塑料袋是其市场用量最大的产品2012年可生物降解塑料袋的需求将达到5.86亿磅，年增长率为19.4%第三个最大的应用领域是其他包装，包括医药/卫生产品农业应用和纸张涂料目前用量为8100磅，预计到2012年将达到2.32亿磅，年增长率为23.4%BCC表示，可生物降解聚合物虽然商业化己有20年之久，但仍处发展初期这一市场主要有几方面问题，最主要的是价格相对较高和缺乏有效混配的基础设施北美的可生物降解聚合物市场不如欧洲和亚洲发展得快，但具有发展潜力美国市场的主要驱动力是环境法规从可再生资源生产聚合物的技术进步将使全球生物塑料应用不断升温日本政府已确定目标，到2020年使日本消费的所有塑料的20%来自可再生来源德国禁止将含有大于5%有机物含量的固体废弃物用于埋地，这将对2012年生物塑料的推行产生影响韩国和中国台湾也有类似的规定按照2002年颁布的农场安全和农业投资法，美国要求每一个联邦机构都必须制定使用生物基塑料的计划分析人士指出，基于石油化工的塑料每年消费约25亿桶石油生物塑料的魅力正在日益提升据分析预测，到2011年全球汽车和电子领域应用的生物塑料总量比例将从现在的12%上升至近40%除了聚乳酸聚羟基烷基酸酯聚羟基丁酸酯以及其他生物树脂之外，明天的市场领先者还将生产绿色的LDPE和HDPEPP丙烯酸酯和尼龙欧洲生物塑料协会（EuropeanBioplastics）秘书长哈拉尔卡伯在2010年6月上旬表示，受生物聚乙烯装置开始运转的刺激，2013年全球生物塑料产量将是当前产量的近四倍，146万吨/年巴西Braskem公司正在建设的全球首套20万吨/年生物聚乙烯工业化装置将于2010年底前投产，另外其它富产甘庶国家的一些生产商也会利用这种原料，投资建设生物聚乙烯和聚丙烯装置欧洲生物塑料协会称，该协会预测到2013年全球生物塑料产量将达到146万吨/年，是基于以下两个方面的预测，其中可堆肥生物塑料产量将从2009年时的40.9万吨/年增长至2013年时的74.8万吨/年；而不可在国际上，为了促进降解塑料的使用和推广，在投入大量人力、财力加大生物降解塑料研究的同时，许多发达国家先后立法或禁用”短期使用”的普通塑料3,4。1.3聚乳酸（PLA）/聚苯乙烯（PS）共混改性1.3.1聚乳酸和聚苯乙烯的生物降解性能 聚乳酸的降解，一般认为主要方式为本体降解，从聚乳酸类材料来看其降解又可分为简单水解降解和酶催化水解降解。简单水解降解是水分子攻击聚乳酸分子中的酯键，使其分解为羧酸和醇的反应，是酯化反应的逆反应。主要受水解环境的温度、湿度、酸度以及聚合物本身的性质等因素的影响。水解主要包括吸水，酯键的断裂，可溶性齐聚物的扩散和碎片的溶解等四个过程。而聚乳酸酯不接受直接的酶攻击，在自然降解环境下首先发生水解，使其相对分子质量有所降低，分子骨架有所破裂，形成较低相对分子质量的组分。水解到一定程度，方可以进一步在酶的作用下新陈代谢，使降解过程得以完成5。聚苯乙烯很难生物降解，但可在光的照射下发生光生物降解，其降解机理是：在光敏剂的作用下，在自然环境中经阳光紫外线的照射加速其老化和降解（使聚苯乙烯大分子链断裂，分子量下降），其残片在自然环境下通过生物降解剂的作用进一步降解，消失至与土壤同化6。1.3.2聚乳酸/聚苯乙烯共混物的制备共混方法主要包括：熔融共混，溶液共混，乳液共混，釜内共混7。1.3.2.1熔融共混熔融共混是将聚合物组分加热到熔融状态后进行共混，是应用极为广泛的一种共混方法。在工业上，熔融共混是采用密炼机、开炼机、挤出机等加工机械进行的，是一种机械共混的方法，即将两种聚合物共混，使其高分子链间通过次价键力的作用形成分子聚集体，使官能团的分布与结构发生变化8。刘俊华究了聚苯乙烯与聚丙烯共混物的熔融流变行为。采用索氏抽提法研究表明PS与PP产生了接技反应，聚苯乙烯用量在020wt范围内，10wt共混物接技量为最大，同时在PP中分散的PS粒径最小。随着PS含量的增加，减少了熔融粘度，组成熔融粘度曲线在PS为10wt时略有所弯曲，通过接技反应，增大了PP粒子的范畴9。徐长刚以我国来源丰富、可再生的特有天然魔芋葡甘聚糖为原料，围绕环境友好、满足使用要求的魔芋葡甘聚糖热塑新材料的研发，研究了热塑性葡甘聚糖与聚乳酸熔融共混材料的基本特性。并针对魔芋葡甘聚糖的热塑改性、与聚乳酸熔融共混的相容特性、热性能、熔融共混的流变特性和应用特性等进行较为系统的测试与分析10。1.3.2.2溶液共混溶液共混是将各原料聚合物组分加入共同溶剂中或将原料聚合物组分分别溶解后再混合，搅拌溶解混合均匀，然后加热蒸出溶剂或加入非溶剂共沉淀，便获得聚合物共混物。该方法具有简便易行，用料量少等特点，特别适合于在实验室中进行的某些基础研究工作。王华林，盛敏刚等人基于流延法和溶剂蒸发技术，以聚乳酸和聚乙烯醇为原料，制备可降解PLA/PVA共混膜。通过考察不同的共溶剂对共混膜成膜性能的影响，确定二甲基亚砜是制备PLA/PVA共混膜优良的共溶剂。研究PLA与PVA配比对PLA/PVA共混膜性能的影响，探索PLA与PVA分子链在共混膜中的结合状况。结果表明，当PLA的含量低于20%时，可以得到均质的PLA/PVA共混膜，且PLA与PVA分子链间以氢键结合。此外，在共混过程中，PLA与PVA的结晶均受到一定的破坏，结晶度比纯PLA与PVA下降11。祝宏、李胜松、邝生鲁等，以十二烷基萘磺酸(DNSA)为掺杂剂，在醇(或酮)-水介质中采用原位溶液聚合法制备了聚苯胺，以溶液共混法制备了聚苯胺/聚苯乙(PANI/PS)烯复合材料，采用红外光谱、热失重、元素分析和扫描电镜等手段对产物进行了表征。结果表明，掺杂的聚苯胺电导率最高为0.65S/cm，优于常用的十二烷基苯磺酸(DBSA)，具有一定的实用价值和理论意义12。1.4聚乳酸/聚苯乙烯的生物降解性能研究彭晓宏，沈家瑞将少量的N-苄基吡啶嗡基引入聚苯乙烯主链，制备了一系列的聚苯乙烯阳离子聚体。生物耗氧处理过程中该阳离子聚体片材的特性粘度、元素含量和凝胶渗透色谱分析的结果表明：聚合物中吡啶盐含量越大者，其生物降解性就越显著。由于不溶性的吡啶盐型聚合物能够捕捉活的细菌细胞，所以增强疏水性聚合物与微生物细胞的亲合性，就有利于聚合物的生物降解13。陈克宇介绍了超临界流体在聚苯乙烯降解中的应用及其相关的降解机理，分析了超临界流体降解聚苯乙烯的优缺点，指出超临界流体降解聚苯乙烯是一种全新的方法，具有广阔的发展前景14。张永志研究了使用土埋法降解后，经聚乙二醇400改性前后的聚乳酸/热塑性淀粉复合材料其质量和力学性能的变化，进而分析聚乳酸生物复合材料的降解性能。重点研究改性前及改性后复合材料经过土埋法降解后其质量和力学性能的变化，从而分析生物复合材料的降解性能15。聚乳酸可以被多种微生物降解，如镰刀酶念珠菌、青霉菌、腐殖菌等。据研究表明， 镰刀酶念珠菌、青霉菌都可以完全吸收可溶的聚乳酸低聚物。近几年的研究表明，酯酶、蛋白酶K都能催化聚乳酸降解，使之被废弃后能迅速降解，且最终降解产物为水和二氧化碳，对环境没有污染16。1.5本课题研究的目的及意义聚乳酸具有优异的生物降解性能，而聚苯乙烯则很难降解，用聚乳酸作改性剂，通过与聚苯乙烯共混，可改善聚苯乙烯的力学性能和吸湿性，从而改善其生物降解性能，有利于聚苯乙烯塑料与环境同化，扩大了聚苯乙烯的应用领域17,18。参考文献：1唐赛珍. 塑料包装废弃物与环境污染J. 合成树脂及塑料, 2000, 17(2): 142黄荣发. 环境可降解塑料的研究开发J. 材料导报, 2000, 14(7): 40443ChandraR, RustgiR. Biodegradable polymersJ. Prog.polymn. sci, 1998, 23 (7): 127313354Lunt J. Large-scale production, properties and commercial application of polymer acid polymersJ. P olymer Degradation and Stability, 1998, 59:1451525曹艳, 邱清华, 郭宝春, 等. 废旧高分子材料回收利用的进展J. 高分子材料科学与工程, 2004, 20(5): 33366吴国盛.光生物降解聚苯乙烯发泡吸塑快餐盒的开发与研制J. 塑料包装，1996,1（5）：207Jun-Feng Su，Zhen Huang, Kai Liu, Ling-Ling Fu, Hong-Ru Liu. Mechanical Properties, Biodegradation and Water Vapor Permeability of Blend Films of Soy Protein Isolate and Poly(vinyl alcohol) Compatibilized by Glycerol. Polymer Bulletin. 2007, 7（31）： 9139218王国全.聚合物共混改性原理与应用J. 中国轻工业出版社，2008.569刘俊华, 钟明强. 聚苯乙烯共混改性研究进展J. 功能高分子学报, 1999, 03(1): 181910杨婷, 杨福馨. 塑料包装原料型回收技术研究J. 再生资源研究, 2002, 26(2): 8611日本的废塑料回收. 中国包装工业, 2006, (10): 6512葛海雄, 隋峥嵘, 潘孝春等. 北京大学学报, 2001, 37(2): 25113张志永. 生物降解材料-聚乳酸改性研究进展J. 橡塑技术与装备， 2007，33(7)：384214陈克宇, 汪贺娟, 陶巍. 在超临界水中聚苯乙烯泡沫的降解J. 环境科学与技术, 1998(3): 192115张志永. 生物降解材料-聚乳酸改性研究进展J. 橡塑技术与装备, 2007, 33(7)：38-4216Suprakas Sinha Ray, Mosto Bousmina.Biodegradable Polymers and Their Layered Silicate Nanocomposites：In Greening the 21st Century Materials World J. Progress in Materials Science，2005，50(8)：962107917张国栋, 杨纪元, 冯新德, 等. 聚乳酸的研究进展J. 化学进展, 2000, 12(1): 89 10218废弃聚苯乙烯可转化为生物降解塑料J. 热固性树脂, 2006, 2(21): 10 毕 业 论 文 开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：2.1本课题要研究或解决的问题本课题要研究的问题有如下几项：（1）制备聚乳酸/聚苯乙烯共混材料。（2）通过生物降解，测试降解过程中的高分子膜的各项性能，研究聚乳酸促进聚苯乙烯降解的机理。2.2拟采用个的研究手段2.2.1本课题的研究内容：（1）拟通过溶液共混