环境降解材料课件

环境降解材料,Madeby:刘霄朱玉珍吴旌滔侯祎亮张云鹤,内容要点,环境降解材料的概念及研究开发的必要性环境降解的类型环境降解塑料存在的问题及解决方法,2,概念,3,在自然环境作用下，经自然吸收、消化、分解，从而不产生固体废弃物的一类材料称之为环境降解材料如：某些天然木材、植物，某些人工合成的塑料，它们都是可降解材料。但目前的研究对象主要集中在对塑料的降解上。,4,Applicationsofthethreestates,塑料是什么？,一.塑料基本知识及潜在危害,5,一般塑料的Tg远高于室温，例如聚氯乙烯为78，聚苯乙烯为100，聚甲基丙烯酸甲酯为105。因而在室温下均可制成塑料制品。橡胶的Tg通常均在零度以下。例如天然橡胶为-73，聚异丁烯橡胶为-70，聚丁二烯合成橡胶为-85，由于Tg很低，所以即使在严寒的冬天也不会失去弹性。,塑料是以树脂为主要成分，在一定温度和压力下塑造成一定形状，并在常温下能保持既定形状的高分子有机材料。,玻璃化温度Tg：指无定型聚合物（包括结晶型聚合物中的非结晶部分）由玻璃态向高弹态或者由后者向前者的转变温度。是无定型聚合物大分子链段自由运动的最低温度，也是制品工作温度的上限。,塑料的应用及其潜在危害：,塑料材料具有许多优异的特性,因此它被广泛应用于国民经济的各个领域，尤其是一次性使用塑料制品，如食品包装袋、饮料瓶、农用薄膜等的广泛使用。,普通塑料如聚乙烯，聚丙烯，聚苯乙烯，聚氯乙烯约占全部塑料产量的80，尤以聚乙烯的产量最大，它们在自然环境下很稳定，不易腐烂降解，对环境造成了多方面的污染。,6,据2008年的数据，我国仅PE膜（聚乙烯的英文简写PE=Polyethylene）的总产量就为1073万吨。其中大约220万吨（约20.5%）用于食品包装，约483万吨（约45%）用于各种大小的塑料袋，约255万吨（约23.8%）用于农膜，约52吨（约4.8%）用于拉伸膜，虽然小但是增长快，约63吨（约5.9%）用于其它应用。,7,8,处理废弃塑料的主要方法：,焚烧：在野外或利用专用设备焚烧处理掉;掩埋：深挖深埋;回收利用：作为热能、化学原料和原材料进行回收.,9,以上方法都有缺点：焚烧时产生的气体不仅污染大气环境，而且容易腐蚀设备；掩埋需占用大量土地，对我们这样人多地少的国家尤其不适用，而且易造成土壤及地下水的污染；目前回收成本偏高,混有塑料的生活垃圾不适用于堆肥处理，分拣出来的废塑料也因无法保证质量而很难回收利用。,10,传统的包装材料主要成分是聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)和聚偏二氯乙烯(PVDC)，它们在生产过程中都添加了一定量的增塑剂,如邻苯二甲酸二辛酯(DOP)。增塑剂对人体的危害要比预计高的多,长期接触增塑剂会对人的内分泌系统和中枢神经系统造成伤害。PVC和PVDC在使用过程中遇油、高温会释放出氯乙烯单体,氯代烃已被证实具有致癌作用。,11,大量的塑料废弃物留在公共场所和海洋中，或残留在耕地的土层中。这些塑料垃圾影响市容、危害环境，形成巨大的“白色污染”源，造成土壤板结、水质恶化，妨碍动植物生长，危及人类健康和生存，成为世界性公害。因此从环境保护和经济价值两方面考虑，研究和发展可降解塑料是塑料发展的必然趋势。意大利、丹麦、瑞士、瑞典及美国的一些州已立法，禁止使用那些“短期使用”的非降解塑料，对使用者加以附加税。我国的一些城市也已作出规定，禁止使用非降解的一次性快餐盒。,环境降解塑料：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。,12,二.降解塑料的主要类型,13,14,光降解塑料是指该塑料在日光照射下发生裂化分解反应，使材料于日光照射后一段时间内失去机械强度，达到分解的目的。,1.光降解塑料,常用的塑料，如聚乙烯(PE)等受光的照射不能发生分解。这是因为照射到地球表面的波长为290-400nm的近紫外光的光能比共价键的离解能小得多。但如果某种塑料含有醛、酮等羰基以及双键，就能吸收光能，进而引发光降解。如果要使聚乙烯发生降解，可在聚乙烯基材中添加光敏剂，由光敏剂吸收更多的光能后产生自由基，然后促使其发生氧化反应而降解。,一种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后(主要是紫外线)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。,15,另一种方法是将适当的光敏感基团(如一co)引入高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,这样就可以得到含有羰基结构可以发生光降解的PE、PP、PVC、PET、PA等.,光降解塑料的制备方法有两种：,16,生物降解塑料一类由于自然界存在的微生物如细菌、霉菌（真菌）和藻类的作用而引起降解的塑料。,2.生物降解塑料,理想的生物降解塑料是一种具有优良的使用性能、废弃后可被环境微生物完全分解、最终被无机化而成为自然界中碳素循环的一个组成部分的高分子材料。,根据降解破坏的最终形式，生物降解塑料可分为,17,18,无机生物材料,最理想的生物可降解材料是利用可再生资源，即利用生物合成的方法得到的生物材料。这种生物材料可以被生物所重新利用，能够降解，产物最好是二氧化碳和水，从而使这种材料的生产和使用纳入自然界的循环。,生物降解材料的种类,19,无机生物材料,淀粉及其衍生物因为生物降解性好，价格低廉而被改性作为填充塑料的重点，并且其接枝物在很多方面具有广泛的应用前景。利用植物中的淀粉、纤维素和木质素等，以及利用动物中的壳聚糖、氨基葡聚糖、动物胶，以及海洋生物的藻类等，可制造有价值的生物可降解聚合物。高含量淀粉基聚合物则可以做为完全生物降解型聚合物。因而，将淀粉改性后，与聚己内酯等合成的降解聚合物共混，以此来提高材料的降解性和力学性能，已经成为当前生物降解材料研究的热点之一。,（1）淀粉及其它天然聚合物,20,无机生物材料,环保玉米淀粉牙签,淀粉的用途十分广泛,可制作粘胶,塑料,食品等多种产品。如名菜猪肉炖粉条是用红薯淀粉做的，龙口粉丝是用绿豆淀粉做的。淀粉牙签一般是用玉米和绿豆的淀粉制成。淀粉牙签经济环保，能避免大量森林资源被砍伐，它是国际绿色工业浪潮的必然产物，具有很强的市场潜力和竞争力。,据统计，每年约超过1亿吨甘蔗用来制作白糖，而产出的甘蔗渣占据其中的三成，这是一笔相当可观的可回收资源。,21,这面墙的装饰是由WallArt用甘蔗渣作材料制成的，回收率达100%，不仅提供了生态友好的3D墙壁效果，而且完全可生物降解。,22,23,由生物合成的聚乳酸可作为天然生物材料，它是由生物发酵产生的乳酸经人工化学合成而得到的聚合物，但仍保持着良好的生物相容性和生物可降解性，具有与聚酯相似的防渗透性，同时具有与聚苯乙烯相似的光泽度、透光性和加工性。,无机生物材料,23,（2）聚乳酸玉米塑料,聚乳酸“玉米塑料”,解决石油危机的明灯,玉米、小麦、木薯等一些植物中提取的淀粉为最初原料,24,生物降解塑料又称为生态塑料,25,聚乳酸应用：,无机生物材料,聚乳酸包装袋,25,聚乳酸纺织品,26,聚乳酸纤维是由聚乳酸树脂经常规纺丝工艺制得的生物合成纤维，其物理性能接近锦纶和涤纶，透气性和手感都好于涤纶，不易起静电，具有生物相容性、舒适性好，可制成复丝、单丝、短纤维、针织物、非织造布等。用聚乳酸纤维制备的内衣具有宽松舒适、透气、导湿吸汗等优点,好似人体的第二层皮肤。,丰富的PLA制品,27,聚乳酸塑料制品,28,聚乳酸塑料制品,29,聚乳酸人造皮肤,聚乳酸导管支架,30,组织工程耳朵,组织工程支架示意图,无机生物材料,31,光-生物双降解塑料即是在光和生物双重作用下具有协同降解效果的塑料。这种塑料所以能够双降解，关键决定于它的整体材料中加有两种诱发剂，即在材料中掺混有生物降解剂淀粉，还掺有诱发光化学反应的可控光降解的光敏剂或被人称之为“定时器”的复配光敏剂以及自动氧化剂等助降解剂。这种方法不仅克服了无光或光照不足时不易降解和降解不彻底的缺陷，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。,3.光-生物双降解塑料,32,价格昂贵，不易推广应用,加工困难，尚未完全达到实用阶段,降解可控、回收利用等技术不足,尚无统一评价方法和标准,人工合成，工艺复杂、性能不稳定,生物降解材料主要问题,33,解决办法,对生物降解塑料产