（高分子化学与物理专业论文）生物降解型聚乳酸淀粉共混体系制备与性能研究.pdf

摘要 本文使用淀粉( s t a r c h ) 作为聚乳酸( p o l yl a c t i ca c i d ，p l a ) 填充物来制备生物全 降解型材料，健由于淀粉鬏粒与离分子聚仑物闯的赛蘑孳l 力太弱，特澍惫往添鸯嚣 较多的淀粉时其机械性能不佳，从断面形态观测中发现出于聚乳酸与淀粉的界面 间产生相分离，因此造成熬混体系的抗张性质大黼下降。掰此使厢二苯基甲烷二 异甄酸酯( m d i ) 作为p l a 与淀粉爨嚣阗的器嚣交联剡，来增加界灏闫引力。经抗 张性质测试，傅立叶红外光谱分析，及断耐形态观测都发现二苯基甲烷二异氰酸 翡( m d i ) 憝够成功豹接薮塑辩基上懿- c o o h 墓与淀耪上熬- o h 墓，丈大摄嚣共混 系列样品的机械强度。在5 0 w t 淀粉的含擞下，w 将抗张强度由1 6 9m p a 提升 至3 1 8m p a ，仅琵缝p l a 豹抗张强度下黪了2 0 。男一方嚣，零磷究选麓三聚 酸甘油酯( t a c ) 作为p l a 黧化剂，来改善p l a 及p l a s t a r c h m d l 共混系列样品 豹飚住与殛伸往。献燕学，断面黧态，挠张往质，结晶形态等溺试都表磷，t a e 为一种有效的塑化剡；所譬晕到塑化后的材料甚至能用于欢膜的加王方式。比如 在p l a s t a r c h m d i 共混系列样品强添加了t a c 塑化剂后，样最的断裂伸妖率由 数几增热楚数西；握当添魏过爨豹塑他粼至p l m s t a r c h m d l 体系中，旋嚣会 造成样品产生过分辍性变形，进而导致其抗张强魔的下降。为了解上述这烘有趣 豹熬王抗张特性，零溪突黪上述各静共瀑撂嚣兹热学、红辩毙龙瀵，叛瑟形态及 结晶形态等性质进行一系列的研究分析。 美键谣：玺物滢解聚嚣酸淀粉塑纯裁 a b s t r a c t i nt h i ss t u d y g r a n u l a rs t a r c hw a st h e r m a l l yb l e n d e dw i t hp l aa sf i l l e r t h e a d h e s i o nb e t w e e ns t a r c hg r a n u l a ra n dp l a i ss op o o rt h a tt h em e c h a n i c a lp r o p e r t yo f b l e n d sw a sd e c r e a s e d s c a n n i n ge l e c t r o nm i c r o g r a p h ss h o wt h a tt h ep h 船es e p a r a t i o n o c c u r r e di nt h ef r a c t u r es u r f a c el e a d i n gt op o o rt e n s i l ep r o p e r t i e s t h e r e f o r e ， m e t h y l e n e d i p h e n y ld i i s o c y a n a t e ( m d i ) w e r eu s e da st h ei n t e r f a c i a lc o m p a t i b i l i z e rt o i m p r o v et h em e c h a n i c a lp r o p e r t i e so fp l a s t a r c hb l e n d s a l lb l e n d s 、】l 呲p r e p a r e d u s i n g h a k k ea n dc h a r a c t e r i z e dw i t ht e n s i l ep r o p e r t i e s ，t h e r m a l p r o p e r t i e s ， s p h e r u l i t i cm o r p h o l o g i e sa n df r a c t u r em i c r o s t r u c t u r e i ti se v i d e n tt h a tt h ea d d i t i o no f m d ic a nr e a c t e d 、析t h - c o o hi np l aa n d - o hi ns t a r c h t h et e n s i l es t r e n g t hw a s i m p r o v e df r o m16 9m p a t o31 8m p af o rt h eb l e n dw i t h5 0w t o as t a r c h i na d d i t i o n ， s i n c ep l aw a sl a c kt o u g h n e s sf o ru s e ，t r i a c e t i n e ( t a c ) w a sa d d e da sap l a s t i c i z e rt o i m p r o v et h ed u c t i l i t yo fp l a a l lb l e n d sw e r ec h a r a c t e r i z e d 谢mt e n s i l ep r o p e r t i e s 。 t h e r m a lp r o p e r t i e s ，s p h e r u l i t i cm o r p h o l o g i e sa n df r a c t u r em i c r o s t r u c t u r e t h er e s u l t i n d i c a t e dt h a tt a ci sa ne f f i c i e n tp l a s t i c i z e r i ns od o i n g ，t h eb r i t t l e n e s sw a si m p r o v e d a n dt h ee l o n g a t i o na tb r e a kw a se x t e n d e dt os e v e r a lh u n d r e dp e r c e n t s t h eb l e n di ss o f l e x i b l ef o rf i l m - b l o w i n g t h e r e f o r e m i x i n gt a c 谢t hp l a s t a r c h m d ib l e n d sd i d e x h i b i te f f e c to fp l a s t i f i c a t i o n t h er e s t sa l s or e v e a lt h a te x c e s s i v ep l a s t i c i z e rw o u l d c a u s et h ep l a s t i cd e f o r m a t i o na n dd e c r e a s e dt h et e n s i l es t r e n g t h k e yw o r d s ：b i o d e g r a d a b l e ；p o l y ( 1 a c t i ca c i d ) ；s t a r c h ；p l a s t i c i z e r 图表索引 一、闰索引 整l 。l 襞酸戆立傣菇稳整 图1 - 2 聚孚l 酸合成图 霞1 - 3 奁链淀耪( a r n y l o s e ) 分子结鞫整 图1 - 4 支链淀粉( a m y l o p e c t i n ) 分= f - 缁构图一 图1 - 5m 硝结构式 阉3 1 1 p l a x s t a r e h y ( o ) t e n s i l es 拄e n g t h , p l a x s t m c h y ( o ) e l o n g a t i o n a tb r e a k 1 8 1 9 2 0 2 6 共混系列样品的抗张性质4 l 鬻3 ，1 也( p l a t o s t a r c h 3 办藩d l y ( o ) t e n s i t es t f e n g t h ，( p l a t o s t a r c h 3 0 ) x m d l y o ) e l o n g a t i o n a tb r e a k ，( p l a s o s t a r c h s o ) x m d i y ( d ) t e n s i l es t r e n g t h ，( p l a s o s t a r c h s o ) x m d i y f o ) e l o n g a t i o na tb r e a k 共滋系熨撵貉瓣菝张牲矮4 3 图3 1 3 ( p e a x s t a r c h y ) 9 9 s m d l 0 5 ( 口) t e n s i l es t r e n g t h ( p l a x s t a r c h y ) 蚺s m d i o 。5 ( o ) e l o n g a t i o n a tb r e a k ，p l a x s t a r c h y ( t 2 ) t e n s i l e s t r e n g t h ，p l a x s t a r c h y ( o ) e l o n g a t i o na tb r e a k 共瀵系列棒麓嚣撬强缝凌毒5 图3 1 - 4p l a x t a c y ( 口) t e n s i l es l t e n g t h ，p l a x s t a r c h y ( o ) e l o n g a t i o na tb r e a k 共混系列 榉晶静拣强性覆毒7 图3 1 5p l a ( i ) ，f ( p l a s o s t a r c h 2 0 ) 9 9 5 m d i o5 】x t a e r ( o ) ， ( p l a s s s t a r e h 2 5 ) 9 9s m d l o5 】x t a c y ( 黯) ， ( p l a 7 0 s t a r e h j o ) 9 9 s m d i o s x t a ( 翻) ， ( p l a e 5 s t a r c h 3 s ) 9 9 s m d l o5 】x t a c s ( 固) ，黔l 恕斛a r c l l 4 0 ) 9 9 + s m d i o 5 x t a ( 口) 及 0 p l a s o s t a r e h s o ) 9 9 s m d i o + s 】 。t a c ，) ( 口) 共混系列样品的抗张强度5 l 鹜3 1 6 p l a ( ) ， ( f i a s o s t a r c h 2 0 ) 9 9 s m d i o s 】x t a c y ( 。) ， ( p l a t s s t a r e h 2 5 ) 9 9 5 m d l 0 5 】 x t a c y ( o ) ， ( p l a t l ) s t a r c h 3 0 ) 0 9s m d i o5 】x t a c y ( o ) ，【( p l 氛s s t a r c h 3 s ) 9 9s m d i o 。5 3 a t a c y ( o ) ，【( p la “s t a r c l l 4 0 轴s m d i os 】。t 艄v ( 0 ) 及 ( p l a s o s t a r c h s 0 ) 9 9s m d i os 】 。t a c y ) ( u ) 葵淀系两样品的鞭袋停长率。5 1 强3 。2 - l 国p 凇， p l a 镊、s & a r c h , o ，国p l a s o s t a r e h 2 0 ，秘p l a 7 0 s t a r c h 3 0 ，( e ) p l a 6 0 s t a r e b 4 0 ，f dp l a s o s t a r e h s o 样龋的d s c 热学性质分析图s 3 v 图3 2 - 2 垮p l a 一 s t a r c h 3 0 、f 妨( p l a t o s t a r c h s o ) 9 9 7 5 m d l 0 2 5 、乏c ) p l a t o s t a r c h 3 0 ) 9 9 5 m d i o5 、( d ) ( p l a ，o s t a r c h 3 0 b 2 5 m d i o _ t s 、如) ( p l a t o s t a r c h 3 0 ) 9 9 m d i l 及( p l a t o s t a f c h 3 0 ) g s m d l 2 样品的d s c 热学性 囊分撰潮，5 3 图3 2 3( a ) p l a s t a r c h 5 0 、( b ) ( p l a 5 0 s t a r c h s 籼7 5 m d i o2 5 、( c ) l a ：川a n h s o 轴s m d i o 5 、疆) ( p l a s o s t a r c h s o ) 9 9 2 5 m d i o t s ： ( p l a m a h s o 岫m d l l 、( f ) ( p l a 5 0 s t a r c h s o ) 9 8 m d l 2 样品的d s c 热学性质 分褥鍪。5 4 图3 2 4 ( a ) p l a 、( b ) ( p l a g o s t a r c h l o ) 9 q5 m d i o 、5 、( c ) ( p l a s o s t a r e h 2 0 ) 9 9s l v l d l o5 、( d ) ( p l a t o s t a r c h 3 0 ) 9 9 , s m d l e s 、( e ) ( p l a 6 0 s t a r c h 4 0 ) 9 9 s m d l o5 、( f ) ( p l a s o s t a r c h 5 0 如s m d i o 5 榉晶豹d s c 热学性质分析图5 4 图3 2 一s ( a ) p l a ， ( b ) p l a 9 s t a c s ，( c ) p l a 9 0 t a e l o ，( d ) p l a s s t a c i s ，( e ) p l a s o t a c 2 0 ，固p l a 7 5 t a c z s 、( g ) p l a t o t a c 3 0 、0 1 ) 姒6 5 t a c 3 s 撵鑫 的d s c 热学性质分析图5 6 錾3 2 6 ( 萄f a s o s t a r c b 2 幽。m d i o5 、( 罅【( p l a s o s t a r c h 2 0 ) 9 9 , s m d i o s s o t a c l o ( c ) 【 l a s o s t a r c h 2 0 0 ) 9 9s m d i o 。s s t t a c l 3 、( d ) 【( p l 如o s t a r c h 2 0 b 9 s m d i o 。5 a s t a em s , ( e ) 【( p l a s o s t a r c h 2 0 ) 9 95 m d i 。s 8 0 t a c 2 0 、( 9 ( ( p l a s o s m r e h ：o ) 9 9 。5 m d h s 7 5 t a c 2 s 样龋的d s c 热学燃质分析闰5 8 图3 ，2 - 7 ( a ) ( p l a t o s t a r c h 3 0 ) 9 9 5 m 1 ) l o5 、c o ) f ( p l a 7 0 s t a r c h 3 0 ) 9 9 s m d i o5 9 0 t a c t o ( c ) ( p l a t o s t a r c h 3 0 ) 9 9 ，s m d h s s t t a c l s 、( d ) f e l a t o s t a r c h 3 0 ) 9 9 ，s m d i o s s s t a c l s 、 ( e ) ( 口l a t o s t a r c h 3 0 ) 9 9 s m d i os m t a c 2 0 、【( p l a t o s t a r c h 3 0 9 9s m d i os v s t a c 2 s 样 品戆d s c 热学性凝分辑蚕5 3 图3 , 2 - 8 ( a ) ( p 1 ：j 。 t 州k 溉s m d i o5 、( b ) 时l 越o s t a r c t u o ) 9 9 s 加) 1 0 5 9 0 t a c l o ( c ) 【( p l ! - i 翰i c 乜。bs m d i os s t t a c u 、( d ) ( 1 a l a 6 0 s t a r c h 4 0 ) 9 9 s m d i os 8 | i t a c l 5 、 ( e ) “雕：矾乜t ) 螂m s g o t a c 2 0 、( 。【( p l a 6 0 s t a r c h 4 0 ) 9 9s m d l o 5 】襻t a c 2 5 样 品的p ，t0 ：缁磷分析图5 9 图3 。2 9 ( a ) jj n h 一玲e m d i o5 、c o ) ( p l a s o s t a r c h 5 0 ) 9 9 s l v i d l os 9 0 t a c l 。 ( c ) 【妒l 一k t a ) c 1 t ，籼s m d l o s s v t a c l 3 、( d ) “p l a 5 0 s 协r c h 5 0 ) 9 9 s m d l os b s t a c l s 、 国疑l ； ”鞭3 c h 5 汹m d i o d s o t a c 2 0 、圆f ( p 毛a 5 搿翻拍5 蕊5 m d i o + 7 s t a c 2 5 v 样品的d s c 热学性质分析图5 9 国3 3 - l ( a ) p l a 、( b ) s t a r c h 、( c ) p l a g o s t a r c h l o 、( d ) v l a s o s t a r c h 2 0 、( e ) p l a t o s t a r c h 3 0 、 ( 0 p l a 6 。s t a r c b 4 。、( g ) p l 如o s t a r c h s o 样品的s e m 断面形容6 2 图3 3 - 2 ( a ) p l a t o s t a r c h 3 0 、( b ) ( p l a 7 0 s t a r c h 3 0 ) 9 97 5 m d i o2 s ( c ) p l a t o s t a r c h 3 0 ) 9 9 s m d i o5 、 ( d ) ( p l a t o s t a r c h 3 0 ) 挚92 5 m d b 7 5 、( e ) ( p l a 镏s 穗f d 马o ) 盼m d l l 、 ( o l ：p l a 7 0 s t a r c h 3 0 ) 9 s m d l 2 样品的s e m 断灏形态6 3 圈3 3 ( a ) ( p l a g o s t a r e h l o ) 盼s m d i o5 、( b ) ( p l a s o s t a r c h 2 0 ) 9 9 5 m d i o 5 、 ( c ) ( p l a 7 0 s t a r c h 3 0 ) 9 9 s m d i o5 、( d ) ( p l a o o s t a r c h 4 0 ) 9 9 s m d i o 5 、( e ) ( p l a s o s t a r c h s o ) 9 9s m d i o5 样品的s e m 断灏形态6 4 匿3 3 - 4 ( a ) p l a 、( b ) p l a 9 5 t a c 5 、( c ) p l a g o t a c w 、( d ) p l a s s t a c l 5 、( e ) p l a s o t a c 2 0 、 ( f ) p l a t s t a c 2 5 、( g ) p l a t o t a c 3 0 、( h ) p l a 6 5 t a c 3 5 样品的s e m 抗张断面 形态一6 5 圈3 缸5 ( a ) ( p l a t o s t a r c h 3 0 ) 9 9 s m d i o 。5 、瀚f 能a s t a r c h 3 0 ) 9 9 s m d i o5 9 0 t a c l 。、 ( e ) ( p l a t o s t a r c h 3 0 ) 9 9s m d l os s s t a c t s 、( d ) 【( p l a t o s t a r c h 3 0 ) 9 9s m d i o5 s o t a c 2 0 、 ( e ) ( p l a 7 0 s t a r c h 3 0 ) 9 9s m d i os s s t a c 2 s 样品的s e m 断面形态6 6 餮3 , 4 - t ( a ) p l a 、( 糖s t a r c h 、( c 妒b 酊s t a r c h 、蹬) p l a s t a r c h m d i 、( e ) m d l 榉 品的红外图谱6 7 图3 4 也p l a s t a r c h m d i 装混样晶的反应结构示意图6 8 嚣3 。5 - l p l a 等滠终鑫熬塔鑫形态( a ) l o m i n ，2 0 m i n , 3 0 r a i n ： p l a s o s t a r c h 2 0 等潞结晶的球晶形态( d ) 1 0 m i n , ( e ) 2 0 m i n ，( d3 0 m i n ； p l a s o s t a r c h 5 0 等漱i ：晶的球晶形态馆) 10 m i n ，( h ) 2 0 m i n ，( i ) 3 0 m i n 7 1 霾3 5 - 2p l a ( 。) 每p l a s , a f c l 娩e ( 。) 体系戆结爨速率。7 l 图3 5 - 3 p l a s t a r c h 2 0 的缩i 形念( a ) 1 0 m i n ，( b ) 2 0 r a i n , ( c ) 3 0 m i n ； ( p i a s o s t a r c h 2 0 ) 9 9 5 h f l 3 i o5 熊结晶形态( e ) 1 0 m i n ，( f ) 2 0 r a i n ，瞻) 3 0 m i n ； ( p l a s o s t a r c h 2 0 ) 9 9 m d h 兹终磊形态延) 1 0 m i n ，0 碜2 0 m i n ，( i ) 3 0 r a i n 7 2 图3 5 4 p l a ( n ) ，p l a s o s t a r c h 2 f _ ( d ) ( p l a 8 0 s t a r c h 2 0 m 5 m d i o 5 ( 口) 体系的结晶速率7 2 圈3 。s - 5 ( a ) p l a ，( b ) p l a g o t a c o ，( e ) p l a s 5 t a e l 5 ，麓) p l a , o t a t 2 。，( e ) p l a 7 5 t a c 2 5 ， v i i ( f ) p l ar 1 ，、h 象“0 垮湿缝爨2 0 r a i n 嚣熬球黯形悫。7 3 图3 5 - 6p l a ( o ) ，l + ，l a c i a ) ，p l a s s t a c l s ( i n ) ，p l a s o t a c 2 0 ( t n ) ，p l a 7 5 t a c 2 s ( c i ) ， p l a t o t a t ”( 廿j 系列的结晶速度7 3 翅3 5 7 ( a ) l a 象s t a r c h 2 0 ) o g , s m d i o 5 、渤【( p l a s o s t a r c h 2 0 ) 9 9 s m d l o5 9 0 t a c l o 、托) 【( p l a 8 i ) s i i i r r k o 轴s m d i os s s t a c l 5 、 ( d ) ( ( p l a 、诗l 。糟趣i 静5 m d bs s s t a c 2 0 、( e ) 技p l a s o s t a r c h 2 0 ) 9 9 s m d i o s s o t a c 2 5 榉品等漫结晶2 0 m i n 后的球晶形泰7 4 图3 5 * 8 ( p l a a o s t a r c h 2 0 ) g o 5 m d i o5 ( 。) ，【( p l a s o s t a r c h 2 0 ) 9 9 s m d i o s 9 0 t a c l o ( 口) ， f ( p l a s o s t a r c h 2 0 ) 9 9 , s m d i os s s t a e t s ( 固，l ( p l a g o s t a t c h 2 0 ) 辨s m d t o 5 s o t a e 礁。 姬) ，样品熬d s c 热学性质分析圈7 5 图3 6 - 1 ( a ) p l a ，( b ) p l a g o t a c l 5 ，( c ) p l a s s t a c 2 0 ，( d ) p l a s o t a c 2 s ，( e ) p l a 7 5 t a e 3 0 系嬲懿x - c t 线餐瓣两 v l i i 二、表索弓 表1 1 解决掣料废弃物的方法2 表l 砭蔷磺物疆懋烧产垒瓣热薰一3 表1 。3 各】页物质在自然环境中分解所需年限4 表1 4 当筒霞井市售及研究开发中的生物酶解塑料5 表l 一5 套濑生物分瓣牲甥荧溺试嫂范6 表1 6 生物分解性高分子种类及商品11 表l + 7 各种谷类静结晶度、糊亿添发酸及所含意链淀耪香分魄2 0 表1 8 应翅子p l a 骥化剂的结枣句与特性一2 8 表2 1 各原料的特性3 2 表2 - 2p l a 。g t 懿味，共混体系系嚣样磊代号驶组成3 3 表2 - 3 ( p l a t o s t a r c h 3 0 x m d l ，系列样晶代号及组成。3 4 表2 - 4 ( p l a s o s t a r c h s o ) 。m d k 系列样蹄代号及组成3 4 表2 5 p l a 。s t a r c h y ) 9 9 , s m d h 5 系羁群品筏警及组袋3 4 表2 6p l a x t a c ，麸混体系系列样晶代号及缘成3 5 表冬7 ( p l a g o s t a r c h 2 0 ) 9 9s m d i os a t a c b 共溉体系系列样品代号及缎成3 6 表2 - 8 ( p l a t s s t a r e h 2 5 ) 9 9 , s m d i o ，s 】a t a c b 荚瀑镕系系歹襻燕代号及缀羧3 6 表2 - 9 【( p l a t o s t a r c h 3 0 ) 9 9 s m d i o 5 a t a c b 共溉体系系列样品代号及组成3 6 表2 - 1 0 ( p l a 硝s t a r c h 3 5 b5 m d i os , t a c b 共滟体系系砌样品代号及缀成3 7 表2 一ll ( p i + a “ 囊8 描k 洒s m d i o s t a c b 共撬体系系列撵晶代号及缀残3 7 表2 - 1 2 【( p 】a s l a r c h s o ) 9 9 s m d i o5 h t a c b 共滟体系系列样品代号及缀成3 7 表3 ，l - l p l 、s i a l c h ，共漓系列样品的抗张性质4 l 表3 1 之la 一：v a r c h 3 0 ) x m d i ，共混系裂转熬浆菝张牲矮。4 2 表3 1 - 3 口la ：，：a r c h 5 0 ) x m d l 。共混系列样晶的抗张性质4 2 表3 i - 4 ( p j t k ：r c h y ) 9 95 m d i o5 共灌系列样品的抗张性质4 s 表3 。l 一5p l 、a c 。共滢系捌鳟晶的抗张投凄。4 6 表3 1 6 ( p l a 8 0 s t a r c h 2 0 ) 9 9 s m d i o5 】。t a l c b 共混系列样品的抗张性质4 8 表3 1 7 ( p l a ，s s t a r c h 2 5 ) 9 9 ，s m d i o5 a t a c * 茭溅系捌榉箍酶撬毪震，。霹8 表3 ，l 一8 ( p l a 7 。s t a r c h 3 0 ) 9 95 m d i o5 】j a c b 共混系列样品的抗张性质一4 9 表3 i - 9 【( p l a 6 s s t a r c h 3 5 ) 9 9 ，5 m d i o5 a t a c b 共混系列样品的抗张性质4 9 表3 b t 0 【( p l a 6 0 s t a r c h 4 0 ) 9 95 洒l e 5 1 曩瓤b 共潺系弼群鑫熬拣强经襞5 0 表3 1 * l l 【( p l a s o s t a r c h s o ) 9 95 m d i o5 】a t a c b 共混系列样品的揽张性质5 0 表3 2 一l p l a x t a c y 共混系列样品的d s c 热学分析结果5 6 表3 。4 m d i ，p l a ，s t a r c h 和( p l a t o s t a r c h 3 0 ) 9 9 5 m d l 0 5 棒燕鹣特蔹蜂6 8 表3 5 1p l a x t a c 。袋混体系的结晶速率7 4 表3 5 - 2 ( p l a s o s t a r c h 2 0 ) 9 9 ，5 m d i o5 】x t a c y 共混体系的结晶速率7 5 x 湖北大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原刨性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进 行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任 何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律后果由 本人承担。 论文作者签名夕参荡赶时间：妒西年月r 同 学位论文使用授权说明 本人完全了解湖北大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，即： 按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本： 学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务； 学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文； 在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 ( 保密论文在解密后遵守此规定) 论文作者签名： 签名月期：年月日 导师签名： 签名同期：年月r 第一部分文献综述 1 1 生物降解材料的研究现状及发展方向 1 1 1 生物降解材料的产生背景与意义 合成高分子材料，如聚苯乙烯( p s ) 、聚乙烯( p e ) 、聚丙烯( p p ) 、聚氯乙烯( p v c ) 等，已在众多领域取代了传统的金属、陶瓷、玻璃、木材等。这些合成树脂和塑 料制品的大量生产和消费，是现代人类大量消费生活方式的直接结果。但是这些 制品大都是以石油和天然气为基本原料合成的，多数不具备自然降解性。至2 0 0 0 年底全球合成树腊的产量达1 0 3 亿吨，其中塑料包装材料的发展最迅速。根据世 界包装组织( w p o ) 提供的信息 1 】，全球包装材料构成情况为：纸和纸板3 2 ， 塑料2 8 ，金属2 4 ，玻璃6 ，包装机械5 其它5 ，占前四位的是四大 包装材料纸、塑料、金属与玻璃，其总和占食品包装业营业额的9 0 左右。 因而高分子废弃物的数量非常巨大，其中绝大部分是塑料废弃物，特别是塑料包 装材料和泡沫塑料制品，包括次性使用的制品，如塑料包装购物袋、塑料餐盒 和地膜等。目前全球废弃塑料物总量每年超过5 0 0 0 多吨。美因1 9 8 7 年为9 9 8 力， 吨，占城市固体废弃物的7 3 ，到2 0 0 0 年增至1 7 2 4 万吨；西欧1 9 8 9 年为9 0 0 力吨，近来为1 1 0 0 多万吨。在日本，塑料的生产量每年约1 3 0 0 万吨，其中废塑 料排放量达到8 4 6 万吨【2 】。我国目前各种塑料制品的年产量已达8 0 0 万吨，而 且数量正迅速增加。全国塑料工业“十五”计划和2 0 1 5 年规划已初步确定， 我国塑料产品产量在2 0 0 0 2 0 0 5 年的年增长率预计为1 0 ，2 0 0 6 - 2 0 1 5 年的增长率 为8 ，相应的产量分别为2 5 0 0 万吨和5 0 0 0 万吨，塑料加工业已成为我国国民 经济的支柱产业之一。然而，随着塑料产品在经济建设各个领域发挥重要作用， 为现代人类文明发展做出贡献的同时，塑料也给环境造成了不可忽视的污染。 众所周知，环境污染已成为世界重点关注的问题。许多国家和地区把治理环 境污染列为头等大事并且制定了相应的法制法规，在众多的环境污染中，上述 的塑料废弃物对环境 j f j 污染举足轻重并闩趋严重。这些不能自然降解的塑料垃 圾，己对城市、农 0 、海洋、湖泊等构成不同程度的污染，成为世界性的一大公 害。为此，各蹦政啊和工业界纷纷制定措施和对策，以减少和解决塑料废弃物造 成的环境污染触题，黪因家采取的是3 r 工程，即减少使用( r e d u c t i o n ) 、重复使 用( r e u s e ) 和回i | 5 l 豫弭( r e c y c l e ) 。这些措旌和对簸可归纳如表1 1 所示。 由表l ，1 可知，解决塑料污染的途径有：加强管理、回收集中再生利用、焚烧 或掩埋。在这方面，许多国家都做出了努力。1 9 9 7 年4 月闩本颁布了推行分类 收集及回收容器和包装材料法，并于2 0 0 0 年4 f 起对塑料容器和包装全面实施 分类收集及回收。在德国，废塑料基本上进行裂解制造汽油的处理方法。德国为 削减包装废弃物已于1 9 9 0 年实旆了包装废弃物政令，将企事业者必须承担回收再 生的费用等列为必须承担的义务。同样的法律也见之于法国和奥地利。在德国， 塑料的回收再生率，1 9 9 3 年为2 9 ，至1 9 9 7 年底己增加n 6 0 。对于焚烧问题， 因塑料的高发热量，易损伤焚烧炉，且燃烧时会释放氧化氢等有害气体，放出的 二氧化碳也是地球暖化的原因：如果采取掩埋，由于这些废弃物的体积庞大，会 耗用大量的耕地。因此，许多国家正在改革老的焚烧、填埋等固体垃圾的处理技 术，如丌发新的堆肥化垃圾处理技术。在美国成立了全美堆肥化协会，在欧洲也 成立了欧洲有机物再利用堆肥化协会，并积极开展各项活动。在日本，通产省、 农林水产省和厚生省正讨论成立堆肥化协会，以开展堆肥化的工作。 表1 1 解决塑料废弃物的方法 2 另一骞彀方法憋开发搜爆可自然降鳝麴塑料。稳对于瓣考豹赞统处理方法， 后者是近年爿。兴起的热点。出于降解性高分子材料能在一定时期内降解成对环境 无污絷懿，l 、分子。羧憩，奁鼗考虑一f ，降瓣性裹分予 鎏辩) ，特副楚生穆簿解塑 料的研究与 发，已成为高分子领域的热点课题，引起了圈际社会的高度藏视。 生物降解离分予材料除对待环壤污染润蘧之薨，葜更深逡靛意义还在予灸主 要以一趋枯勰的石油资源为撼础的塑料工业开辟了墩之不尽的原料资源。到下世 纪上半期，石油和天然气将嬲现秸蝎，而农副产品则是来源丰富、取之不尽的再 生资源，它作为跨嬲嵩分子材料原瓣资源会秀度受铡世界务国豹重视。 l 。1 2 生物黪解材料憋研究戮炊玛, 4 1 对降解商分子材料的研究可追溯到上个世纪3 0 年代，当时由荧国高分子化 学家w h 。c a r o t h e r s 秘大磊零洼墨公端鹾裁豹羝分予照瓣翡羧聚酯爨骞童锈终解 性。但真正对降解性高分子材料的研究开始予7 0 年代。 生物分解性塑瓣不仅其帮一般抟统塑攀萼的基本功髓，丽整在废奔辩( 在焚纯 炉中燃烧时) ，由予其产生的单位燃烧热量不赢( 见表1 - 2 ) ，不会伤及焚化炉炉 体，产生的c 0 2 台麓低，同时并不会产生肖害气体。而且其最大的优点为，可 在自然环境巾微生物 翔细麓、真萤、藻类等) 的终用下，在短期内分解生或汰及 二氧化碳循环于自然( 表1 3 ) 。 表1 2 各顼甥缓爨烧产生豹热t 3 物质名称 燃烧产生热量( k e a l k g ) p e p p p s p b s p e t p 毛a p v c 纸炎 厨房垃圾 3 一 蛾 洲 姗 徽 删 绷 姗 淡l 一3 各项物质谯自然环境中分解所需年限 4 】 物品分解所需年限 铁铝罐 宝特瓶 塑辩袋 机油 口香糖 烟头 生物分解饿塑料 纸 2 朗5 0 0 年 1 0 0 - - 5 0 0 年 4 5 0 年 5 l o 年 5 年 1 心年 数月2 年 2 个月 我国衣这方面的研究歼发始予7 0 年代，但在9 0 年代以前基本没取得大的迸 藤。茺藏，国家穗簿解毒分子榜精鳃舞发麓久了戮家“a 矗”、“丸蠢”和“卡轰，重 点科技攻关计划，鼓励开展该领域的研究。表1 4 是当前因外市铸及研究汗发中 的袋物降解往塑耕的情况。 4 表l - 4 当前国外市售及研究开发中的生物降解塑料 5 1 1 3 霹生镌终勰糖凝匏定义及箕筮餐降熬枫理 既然称为生物分解性塑料，则其分解性即为第一要素，目前铸国均投入大量 嚣入力、弼力、锈力用于磷究生秘分解程舞分子秘关器壤黯镧定 2 1 ，2 2 。表l 一5 归艄列出了各国测试生物分解性豳家组织与所使用的规范。但是关于生物降解的 定义国际上尚无统一，同本通( 商) 产( 韭) 省的生物降解塑料实屠纯检讨委员会予 1 9 9 5 年3 月提出的定义如下：使用中保持髑现有的塑料档嗣程度的功能，使用螽 能为自然界存在的微生物作用分解成低分子化合物，并最终分解成水和二氧化碳 等焉极物姻褒分予糖凝 2 3 ，2 4 。按美国专毒辩试验揍会a s t m2 0 关予生携晦解塑 料的定义：生物降解塑料鼹指一类在自然环境条件下可与微生物作用而引起降解 豹辫解鳖瓣。1 9 9 9 年5 胃藿踩标准纯壤稳( i n t e r n a t i o n a lo r g a n i z a t i o nf o r s t a n d a r d i z a t i o n ，i s o ) 正式发表一系列分解性测定法的标准 2 5 】，随后日本生物分 解穗塑辩研究会( b p s ) 获2 0 0 0 年6 胃开始实施“g n v , e n p l a 谖男表示帝度”，秀了 使这项制度能在2 0 0 2 年中旬与欧装的同蚀质制度予以统合，b p s 已将该制度作 更进一步的整修，使之更麓完备。2 0 0 1 年的3 ，4 月b p s 分别与茨国及德国的生 物分鳃性塑辩认 垂