可降解塑料的研究现状和分类1ppt课件

可降解塑料的研究现状和分类 可降解塑料的研究现状和分类 2 可降解塑料 一 传统塑料塑料的使用状况传统塑料的处理方法及不足之处二 可降解塑料可降解塑料的定义 分类及不同可降解塑料的利弊可降解塑料的简单降解机理 1 传统塑料 1 塑料的应用状况 自1997年利澳 伯兰克制得第一个以合成材料树脂为基础的塑料 酚醛树脂以来 塑料的应用更是飞速发展起来 甚至在很多方面代替了钢材 木材 混凝土的角色 1 美国自1974年以来 塑料产业的发展为其他产业发展速度的2倍 1979年美国的塑料产量首次超过钢铁产量 塑料在美国四大材料中名列第二 2 我国目前塑料地膜使用及耕地面积位居世界第一 据不完全统计 1996年我国塑料制品总产量已高达800万吨 2009年上半年仅1 5月份 我国塑料产量就已达1600万吨 3 全世界每年塑料废弃物的产量高达5000万吨 在城市固体废弃物中塑料的质量已达百分之十以上 体积分数则在百分之三十左右 而其中大部分是一次性塑料包装及日用品废弃物 自然状况下塑料的生物降解 环境中的塑料废物在自然状况下可被微生物作用 但分解速度极慢 属于极难生物降解的顽固化合物 现了解 微生物主要是作用于塑料制品中所含的增塑剂 由于增速剂代谢变化而使塑料物理性质发生变化 但组成塑料聚合物的组分本身的化学性质却无改变塑料在环境中几乎不能自然降解 大量的塑料废弃物堆积造成严重的环境污染 危及禽畜和野生动物的生存 普通塑料的常用处理方法 2 3 采用填埋处理 因塑料制品质大体轻 且不易腐烂 会导致填埋地成为软质地基 今后很难利用 焚烧处理 采用焚烧处理 因塑料发热量大 易损伤炉子 加上焚烧后产生的气体会促使地球暖化 有些塑料在焚烧时还会释放出有害气体而污染大气 回收利用 采用回收再用的方法 由于耗费人工 回收成本高 且缺乏相应的回收渠道 目前世界回收再用仅占全部塑料消费量的15 左右 但因世界石油资源有限 从节约地球资源的角度考虑 塑料的回收再用具有重大的意义 填埋处理 2 可降解塑料 定义 降解塑料是指一类其制品的各项性能可满足使用要求 在保存期内性能不变 而使用后在自然环境条件下能降解成对环境无害的物质的塑料 因此 也被称为可环境降解塑料 分类 按降解过程进行分类 生物降解型 光降解型 化学降解型按研究方向进行分类 光降解型 生物降解型 光 生物双降解型 在实际研究应用中主要将可降解塑料分为 光降解塑料 生物降解塑料 光 生物双降解塑料 光降解塑料 生物降解塑料 光 生物双降解塑料 添加型 合成型 完全降解型 不完全降解型 天然高分子材料 人工合成材料 微生物合成材料 光降解塑料 是指在紫外线的影响下聚合物链有次序地进行分解的材料 1 2 光解过程 光降解塑料 其具体过程是 聚合物通过光的物理吸收过程而引起光化学反应 脱出聚合物分子链上的氢原子而形成自由基 直链聚合物降解后不再形成新的基团 而交联聚合物则在降解过程中又可能形成新的基团 这是简单的光降解机理 通常形成的自由基在有氧存在的条件下便发生氧化反应 形成过氧化基团以维持降解过程 过氧化基团和氢原子作用形成过氧化氢并脱出 过氧化物只需吸收光线中比紫外线稍低的能量 通过聚合物中残留的微量金属的催化作用很快便可分解 大多数聚合物并不吸收285NM以上波长的光能 但是 如果在聚合物中加入光敏感基团或添加具有光敏感作用的化学助剂 可加速光氧化反映的过程 使之快速发生降解 一般光降解塑料的制备方法有两种 添加型光降解塑料和合成型光降解塑料 添加型光降解塑料是把含有发色基团的光敏化物质或光分解剂混入聚合物材料中 如金属氧化物 盐 有机金属化合物 多核芳香化合物 羰基化合物等由这些物质吸收光能 主要是紫外线 后产生自由基 或者将激发态能量传递给聚合物材料使其产生自由基 然后促使高分子材料发生氧化反应达到劣化的目的 光降解塑料 添加型光降解塑料 目前的光添加剂主要有 1 羧基甲基酮类 2 金属化合物 3 含有芳烃环结构的物质 4 过氧化物 5 卤化物 6 颜料等添加剂 光降解塑料 合成型光降解塑料 合成型光降解塑料是将适当的光敏感基团 如 C O 通过共聚的方式引入聚合物材料的分子结构中 而赋予高分子材料光降解的特性 目前合成的光降解聚合物 主要是烯烃和一氧化碳或烯酮类单体的共聚物 2020 2 27 光降解塑料 我国对光降解塑料的研究起步较早 主要是用于农用地膜的使用 目前技术手段已经相对成熟 在生产生活中也得到了广泛的应用 光降解塑料的优点 1 依靠光能进行降解 能源来源广泛 2 降解过程成本低 不需要消耗大量的人力物力 3 技术简单易于掌握 所需设施只要在传统塑料制备的基础上稍加改造便可投入生产 2020 2 27 光降解塑料 光降解塑料的缺点 降解过程受温度 湿度 紫外线 气候条件 天气状况等多因素的影响 降解速度较慢 无法人工控制降解时间 目前对光降解塑料的研究主要停留在寻找高效方便且来源广泛的添加剂上 若能在添加剂方面有所突破 光降解将会再次成为可降解塑料的发展热点 2 27 2020 生物降解塑料 定义 生物降解塑料指的是既可被环境中的微生物 如细菌 真菌和藻类所释放出的酶降解 又可在自然条件下发生天然降解反应 如天然水解 天然氧化反应等的塑料一般可生物降解塑料的生物降解过程主要经历三个阶段 微生物粘附于塑料表面 产生一些水溶性的中间降解产物 粘附和降解产物与塑料特性 微生物种类及外在条件等相关 微生物分泌特定的酶类 吸附于高分子材料表面并消解聚合物链 然后通过水解和氧化等各种反应将高分子材料降解为低分子量的寡聚体 二聚体和单体等碎片 这些低分子量的单体透过微生物的细胞膜进入其细胞内 并在微生物作用下将其吸收利用 最终转化为CO2 水 甲烷等释放出来 生物降解塑料 分类 按生物降解过程分为 完全生物降解型和不完全降解型两大类其中不完全降解型塑料目前研究的主要是崩坏型塑料 所以有时也用崩坏型塑料来代替不完全降解塑料 从制备方法考虑分为 生物发酵合成塑料 化学合成塑料 利用动植物天然高分子或矿物质合成塑料从合成材料可分为 天然高分子材料 微生物合成高分子材料 人工合成高分子材料 生物降解塑料 一般可生物降解塑料的生物降解过程主要经历三个阶段 微生物粘附于塑料表面 产生一些水溶性的中间降解产物 粘附和降解产物与塑料特性 如表面粗糙度 结晶度 分子量 官能团类型等 微生物种类及外在条件 如温度 湿度 等相关 微生物分泌特定的酶类 如胞外酶和胞内酶 吸附于高分子材料表面并消解聚合物链 然后通过水解和氧化等各种反应将高分子材料降解为低分子量的寡聚体 二聚体和单体等碎片 这些低分子量的单体透过微生物的细胞膜进入其细胞内 并在微生物作用下将其吸收利用 最终转化为CO2 水 甲烷等释放出来 生物降解过程示 完全生物降解型塑料 定义 完全生物降解塑料是指由天然高分子或农副产品经微生物发酵合成具有生物降解性的高分子制得 且废弃后能被自然界中的细菌 真菌等微生物100 降解 最终分解成水和二氧化碳 起到了很好的保护环境作用 所以又被称为 绿色塑料 完全生物降解塑料 该种塑料除具有可降解性外 还有易于加工及满足使用要求的性能 并作为一种新型的环境友好型材料 正逐步替代传统石油塑料走进千家万户 但完全生物降解型塑料的技术还不成熟 还有许多关键地方有待突破 而且该钟塑料的生产成本也较高 不适于大规模推广使用 2 27 2020 完全生物降解型塑料分类 按使用材料不同进行分类 天然高分子材料具有生物降解性的合成高分子材料水溶性高分子材料微生物发酵法可降解塑料 天然高分子材料 来源 植物来源的生物物质 动物来源的甲壳质 植物来源包括细胞壁组成的纤维素 半纤维素 木质素 淀粉 多糖类及碳氢化合物动物来源就是虾 螃蟹等甲壳动物 自然界中存在的纤维素 甲壳素和木质素等均属可降解天然高分子 这些高分子可被微生物完全降解 纤维素和甲壳质在化学结构上相似 生物分解后 不会造成环境污染 但因纤维素等存在物理性能上的不足 由其单独制成的薄膜的耐水性 强度均达不到要求 因此 它大多与其它高分子共混制得 合成高分子材料 合成高分子型生物降解塑料是指利用化学方法合成制造的生物降解塑料 这类产品具有比较大的灵活性 可通过研究合成与天然高分子生物降解塑料结构相似的或合成具有有敏感降解官能团塑料 通常合成主链上含有C N C O等杂链的高分子比主链上是C C结构的高分子易于生物降解 聚乳酸制品就是其中一种研究较多 性能较好的生物降解性塑料 其制品农业 生活 服装 医疗得到了广泛的应用 其降解产物是二氧化碳和水 不会造成二次污染 近年来 对天然高分子的研究成为热点 吴素平 容敏智 胡静 章明秋对丙烯酸化环氧大豆油泡沫塑料的研究 1 结果表明 以过氧化苯甲酞为引发剂所得泡沫塑料的压缩性能较好 残余单体的含量较低 王红娟 容敏智 章明秋 胡静制备了蓖麻油树脂基泡沫塑料 2 并通过土埋法实验得出结果 所制备的MACO 马来酸蓖麻油脂 St 苯乙烯 系列泡沫塑料在自然土埋条件均可以缓慢降解 随着泡沫体中MACO含量增大 降解速度增加 当m MACO m St 9 1时制备的泡沫塑料的降解速度最快 在相同降解时间下 失重率最大 微生物发酵法可降解塑料 微生物发酵法可降解塑料是指微生物可把某些有机物作为食物来源 通过发酵作用合成高分子 这类高分子主要有微生物聚酯和微生物多糖 具有生物可降解性 可用于制造不污染环境的生物可降解塑料 生物崩坏型塑料 定义 生物崩坏型塑料是属于不完全生物降解塑料 是在烯烃通用塑料中混入生物降解性物质 使材料丧失力学性能与形状 而通过堆肥化产生与生物降解性能同样的效果 因这类塑料成本低 目前国内外已经采用这种方法 生物破坏性塑料是对材料水平而言的 主要是天然高分子与通用型合成高分子通过共混或共聚而制成的降解塑料其组合方式主要有四种 组合方式 1 用熔融和溶液共混的方法 2 将一种高分子材料分散于另一种高分子的水溶液中 形成悬浮体系 最后制成各种复合物 3 将天然高分子材料分散或溶解在可进行聚合反应的体系中 进行均聚和共聚合反应 使体系中的单体聚合 得到含天然高分子的复合材料 4 将天然高分子在适当的条件 如酸性或碱性等 下进行适当的降解 并使降解后的分子链段与其它单体聚合反应 从而制备具有生物降解性能的新型共聚物 生物降解塑料作为一种治理塑料废弃物的全新技术途径 经过多年研究开发 目前已取得令人满意的进展 但也存在一些问题 如加工难度较大 价格较贵等问题 另外 更合理的工艺配方等技术问题还有待进一步提高和完善 光 生物双降解塑料 光 生物降解塑料是利用光降解机理和生物降解机理相结合的方法制得的一类塑料 是一种比较理想的降解塑料 这种方法不仅克服了无光或光照不足的不易降解 降解不彻底以及降解时间长等缺陷 同时还克服了生物降解塑料加工复杂 成本太高不易推广的弊端 因而成为近年来国内外研究的重点和热门课题 总结 由于石油资源的日益枯竭和白色垃圾的难以处理 寻找能够代替传统塑料大范围推广可降解塑料已经成为迫在眉睫的事情 近年来各种可降解塑料的研究也相继取得进展 但各种可降解塑料又都存在某些方面的不足 需要继续在这些方面进行研究 从总体看来完全生物降解型塑料在将来有很大的发展前景 目前其技术和设备都不是十分