可降解塑料总结

新型材料导论新型材料导论 专 业 冶金工程冶金工程 班 级 0945562209455622 学 号 0945562209455622 学生姓名 完成时间 2012 年 6 月 8 日 可降解塑料可降解塑料 塑料制品因其质轻美观而在人类社会生活中得到广泛应用 其中一次性消费的塑料包 装制品更因其使用方便越来越受到人们的喜爱 然而 当它们的使命完成后 因其体积庞大难 以腐烂 进行填埋处理时占地多 且使填埋地不稳定 又因其发热量大 当进行焚烧处理时 易损 坏焚烧炉 并排出二恶英 有时还可能排放出有害气体 另外 随意丢弃于海洋和山林的塑料包 装不仅造成景观污染 还可能导致野生动物误食致死 如何解决上述问题呢 主要有两大对策 一是加强塑料的回收再利用 二是让塑料和其 他许多天然材料一样 在人类社会生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 它 也被称为可降解塑料 1 可降解塑料的概念可降解塑料的概念 降解塑料是指一类其制品的各项性能可满足使用要求 在保存和使用期内性能不变 但在使用期后 却能在自然环境条件下降解成对环境无害物质的塑料 2 可降解塑料的分类和简单介绍可降解塑料的分类和简单介绍 2 1 生物降解塑料生物降解塑料 生物降解塑料的机理主要由细菌或水解酶将高分子材料分解成 CO2 蜂巢状的多孔材 料和盐类 一般地说 其降解是由微生物中的酶将高分子量的聚合物分解成分子量小的碎片 然后 进一步被自然界的细菌分解 消化 吸收 生成 CO2 H2O 等物质 国内外研究开发的生物降解塑料 一般可分为 2 种 一是天然高分子型 如淀粉 纤维素 甲壳质等 二是化学合成型 如聚己内酯 聚乳酸 聚 3 羟基丁酸酯等 化学合成型降解塑 料由于价格昂贵等原因而限制了其应用范围 在天然高分子中 由于淀粉基塑料价格低廉 加 工设备简单 降解性能优良而倍受青睐 国内外已有多种商品出售 如加拿大 St Lawrance 公司 美国 Ampacet 公司 意大利 Ferruzzi 公司等 国内长春应用化学研究所 天津大学 四川 大学也先后研制开发出淀粉基降解塑料 2 2 光降解塑料光降解塑料 光降解塑料是指该塑料材料于日光照射下发生了裂化分解反应 使材料于日光照射后 一段时间内失去机械强度 变成粉末状 有些还可以进一步被微生物分解 进入自然生态循环 一般光降解塑料的制备方法有 2 种 一种是在高分子材料中添加光敏剂 由光敏剂吸收光能后 主要是紫外线 产生自由基 然后促使高分子材料发生氧化反应达到裂化的目的 另一种方 法是通过共聚等手段将适当的光敏感基团引入高分子结构中 而赋予高分子材料光降解的特 性 光降解塑料的研究开发已有 20 余年的历史 在农业 包装方面应用非常广泛 它的技术 较为成熟 2 3 水降解型塑料水降解型塑料 这类塑料因具水溶性 热塑加工性和生物降解性 近年来受到极大重视 其代表产品 是聚乙烯醇 这一产品可挤塑 纺丝成型 可制得与纸复合高抗油脂的薄膜 适用于包装食品 和有机溶剂 由其制得的纤维可代替石棉 抗静电 不吸尘 且易被微生物降解 还可制造农 用水溶性薄膜 容器及一次性消费用品等 其废弃物在潮湿土壤中 即可被微生物吞噬 降解 为 CO2 和水 3 可降解塑料的性能特点可降解塑料的性能特点 a 材料天然 无毒 透气性好 b 使用任何废弃物处理方式 如 焚化掩埋 回收 堆肥 对环境不会造成任何影响 c 可取代以石油为基质的传统塑胶材料且有同类传统塑胶制品的物理性能 使用方法相同 d 丢弃后 经堆肥环境及掩埋处理由微生物完全分解 4 可降解塑料的制备方法可降解塑料的制备方法 4 1 可降解聚合物可降解聚合物 以聚乳酸为例 聚乳酸是以微生物发酵产物乳酸为单体经过化学合成得到的产品 聚 乳酸可以制成力学性能优异的纤维和薄膜 聚氨酯泡沫塑料是用聚醚同异氰酸酯反应制备 而成 虽然在聚氨酯的分子结构中 含有胺基甲酸酯这样的容易水解的基团 但是它的水 解或生物降解过程仍然是十分缓慢的 近年来 科学家用高分子材料做原料 制成含有多 羟基的化合物来代替聚醚制备聚氨酯 这些天然高分子材料直接取自于树皮粉 淀粉或甘 蔗渣 这些多羟基的天然原料经某种生物酶处理后 有很好的反应活性 4 2 光降解高分子材料光降解高分子材料 这种合成型的光降解塑料主要有乙烯一氧化碳的共聚物 乙烯甲基乙烯基酮共聚物和 本基乙烯共聚物 另一种方法是在聚合物中加入光增敏性添加剂 如 N N 二丁基二硫代氨 基甲酸铁 二苯甲酮 乙酰苯酚等 用量为 1 3 这些光增敏性添加剂会将吸收的光能 转移给聚合物分子 使聚合物很容易发生光降解反应 有时为了进一步赋予聚合物具备生 物讲解的性能 还可以在聚合物中混入少量淀粉等天然高分子 5 环境保护与可降解塑料使用环境保护与可降解塑料使用 我国作为最大的发展中国家 由于科技落后 工业化发展缓慢 前期环保意识淡薄 所以环 境污染 特别是不可降解的塑料制品带来的 白色污染 已向我们亮出了一张又一张黄牌 众所周知的发泡塑料快餐盒 因其方便深受大家喜爱 可是铁路沿线 旅游景区 江河湖泊却 深受其害 据调查 长江上游非降解塑料漂浮物 流至葛洲坝 造成大量淤积 每天多达百吨 每 个城市内河都受到塑料漂浮物的严重污染 而方便人们购物的塑料袋 按我国人均每天一个 计算 一年要用掉 4380 多亿个 一个塑料袋重约 8g 总重量是 35 亿多公斤 而每亩地若含塑 料残膜 3 9 kg 就会使玉米减产 11 23 小麦减产 9 16 且这种污染是很难消除的 塑料 物品埋入地下降解约为两千年 燃烧又污染大气 因此 可降解塑料的应用势在必行 我国降解塑料的开发研究基本与世界同步 我国的降解塑料始于农用地膜 70 年代即 开始了光降解塑料地膜的研制 1990 年前后 出现了淀粉填充于通用塑料的生物降解塑料 同 时 在光降解塑料的基础上 开发同时填充淀粉的兼具光降解和生物降解的地膜 目前 各类 降解地膜正在发展中 尚处于应用示范推广阶段 而在购物袋 垃圾袋和一次性塑料包装方 面 降解塑料的应用和发展越来越成熟 目前 我国已在天津建成最大的降解塑料生产基地 该基地由天津丹海股份公司采用天津大学 八五 科技攻关成果建成 其生产能力为 3 万吨 天生物降解塑料母料及 1 万吨 天 这一基地开发的制品以淀粉为主要原料 与聚乙烯混合 其淀粉含量高达 75 产品易降解 且保持塑料原有功能 成本大大低于普通塑料 不仅如此 随着技术的不断进步 降解原料种类也日益增多 由福州兴创轻工机械技术开发有限公司开 发的光 生物降解聚丙烯快餐盒生产技术 已通过国家塑料检测中心的 GB18006 1 1999 标 准 鉴定 利用该技术可生产 以谷壳 玉米秆 稻草等为原料的快餐盒 光 生物降解 聚丙烯快餐盒 淀粉型生物降解快餐盒 添加无机物通用型快餐盒 可焚烧 不会产生二恶 英 此外 武汉大学科技人员以魔芋为原料 经过生物改性制成低成本全降解薄膜 这种薄膜 厚度仅在 0 008 mm 0 02 mm 其抗拉强度 韧性 透明度等性能都可以与同样厚度的塑料 薄膜相比 其保温 保湿性能还优于塑料薄膜 这项技术目前已通过鉴定 随着人们环保意识的不断增强 可降解塑料已越来越被重视 我国大部分城市已明令规 定必须使用降解塑料制品 随着技术的提高 生产的扩大 使得可降解塑料的使用也日益广泛 目前 降解塑料的用途主要有 2 个领域 一是原来使用普通塑料的领域 在这些领域 使用或 消费后的兼制品难于收集回收 并对环境造成危害 如农用地膜 保水材料 购物袋 垃圾袋 和一次性塑料包装等 二是以塑料代替其他材料的领域 在这些领域使用降解塑料可带来 方便 如手术缝合线和骨折固定材料 热带雨林苗木固定材料等 经过多年研究开发 降解塑 料 一种治理塑料废弃物的全新技术途径 已取得令人满意的进展 据权威部门统计 1992 年 我国地膜用量为 210 kt 包装材料为 240 kt 而 2000 年地膜和包装材料用量分别增至 300 kt 和 400 kt 6 可降解塑料推广使存在的问题可降解塑料推广使存在的问题 目前尽管有关降解塑料的研究和报道较多 但许多具体问题不能解决 推广异常 困难 前景不容乐观 原因是 可降解塑料袋色泽暗淡发黄 透明度低 给人一种不够清 洁和难看之感 用起来不放心 另外可降解塑料袋承重能力低 不能满足顾客多装东西和 反复使用的要求 价格偏高 降解塑料比同类现行塑料产品的价格高 15 以上 其中能完 全降解的高 4 8 倍 而我国在铁路上推广的降解聚丙烯快餐盒比原用的聚苯乙烯泡沫快餐 盒高 50 80 至于农地膜 目前现行塑料地膜已有多种超薄地膜 规格可薄至 0 004 0 008mm 因此每亩只需覆盖 1 2Kg 而淀粉由于分子粒径较大及有关工艺问题 所制成的 地膜厚度一般在 0 02mm 以上 每亩覆盖量比现行塑料膜多几倍 造成使用成本偏高 难以 为广大农民接受 国内外公布的各种品牌淀粉塑料力学性能一般可以和同类应用的现行塑 料相比 但其使用性能往往不如人意 其主要缺点之一是凡含淀粉的降解塑料耐水性都不 好 湿强度差 一遇水则力学性能大降 而耐水性恰恰是现行塑料在使用过程中表现的优 点 此外 在经济性上 降解塑料制品生产中 往往需加入如降解剂 稳定剂 增塑剂 加工助剂 着色剂等不同的添加剂 这些添加剂随塑料降解过程而渐渐释放于自然环境中 对环境是否造成影响以及在降解过程中的生成物和残留物对环境的影响或潜在影响 尚缺 乏深入持久的跟踪研究 另外降解塑料的应用研究与产品研发不同步 实践上对应用跟踪 研究也不够重视 因此缺乏系统积累的评价数据 不利于市场的开拓 在我国目前开发的 降解塑料中 除完全生物降解塑料外 均属短期内不能完全降解塑料 其自身技术 如更 合理的工艺配方 更完善 更先进的成型技术和设备 准确的时控性 用后快速降解性和 完全降解性以及边角料的回收利用技术等还有待进一步提高和完善 综上分析 我们必须 清醒地认识到 开发降解塑料虽然可能是解决现行塑料发展难题的途径之一 但是迄今为 止 从综合性能和成本考虑 所有的降解材料均无法取代现行塑料 7 可降解塑料的发展趋势与应用前景可降解塑料的发展趋势与应用前景 进入 21 世纪以来 保护地球环境 构筑资源循环型社会 走可持续发展道路 已成 为世界关注热点和紧迫任务 生物降解塑料通过产品整个生命周期分析 已确认为环境低 负荷材料 另外 相当一部分生物降解塑料的主要原料是来自可年年再生的农业资源 作 为有限的 日渐减少 日趋枯竭的不可再生的石油资源的补充替代 也已成为全球瞩目的 发展趋势 因此 生物降解塑料已成为全球研究开发热点 特别是完全生物降解将是未来 发展的重点 而在众多可生物降解聚合物中 刚刚进入工业化生产的聚乳酸异军突起 以 其优异的机械性能 广泛的应用领域 显著的环境效益和社会效益 为全球塑料行业所关 注 随着聚乳酸生产成本接近传统塑料成本 市场应用的大力拓展 普及使用将进入高峰 另外就目前问世的完全降解塑料品种而言 成本降低可能性最大的要数全淀粉塑料 因为 不管如何 它所需的原料淀粉是可再生资源 其单位价格远比传统塑料原料低 更不说与 现在合成的可降解树脂比了 真正完全生物降解的全淀粉热塑性塑料制品将在塑料应用中 占有一席之地 目前全世界降解塑料市场估计为 4000 万 t 我国则为 175 万 t 据有关资 料报道 2000 年全世界生物降解塑料达 35 40kt 预测到 2010 年将形成 100kt 的市场规模 2015 年后降解塑料的消费量将占塑料市场总量的 10 从中看到 生物降解塑料的潜在市 场是巨大的 这对降解塑料来说是个良好的机遇 发展可降解塑料包装制品是我国包装工 业的未来趋势 降解塑料主要应用在包装材料 这些材料大多是短期性和一次性的 就生物降解塑料 而言 美国主要用于垃圾袋 购物袋 医药用材 西欧主要用于垃圾袋 购物袋 日本用于农 膜 带 刮胡刀 高尔夫球 就光降解