绿色高分子材料[A类基础]

1、绿色高分子材料 1a教类 绿色高分子材料绿色高分子材料 在绿色大潮中，各种绿色高分子材料 也不期而至。更重要的是，其中蕴涵的 绿色理念，也指引着我们对高分子材料 的绿色应用。 2a教类 绿色高分子材料绿色高分子材料 可降解高分子材料的利用可降解高分子材料的利用 高分子材料合成的绿色化高分子材料合成的绿色化 隐患性高分子的安全应用隐患性高分子的安全应用 3a教类 可降解高分子材料的利用可降解高分子材料的利用 广义上分为三种：广义上分为三种： 生物降解高分子材料生物降解高分子材料 天然的生物降解高分子材料天然的生物降解高分子材料 合成的生物降解高分子材料合成的生物降解高分子材料 光降解高分子材料光

2、降解高分子材料 混合降解高分子材料混合降解高分子材料 4a教类 高分子材料合成的绿色化高分子材料合成的绿色化 由于合成高分子占据了高分子材料中的较大比重， 因此其绿色合成也是绿色高分子材料研究中不可缺少的 重要方面。 改变催化剂改变催化剂 （一般烷烃的氧化需要高温催化，而且从醇到醛 再到酸的过程是不易控制的，因为选择性差，要得到醇或醛只能 在低转化率范围内，所以效率差，而且污染大。美国加州大学 Berkeley分校Iawrenee实验室用BaY作催化剂，用600nm照射 甲苯，可以使甲苯反应停留在苯甲醛。） 改变反应条件实现绿色合成改变反应条件实现绿色合成（例如甲苯采用电氧化的方法， 在Mn3

3、+电极，H2O，latm下氧化可以得到高纯度的苯甲醛，此法 温和，选择性好，纯度高，节能源，无污染。） 改变聚合反应中传统的能量交换方式改变聚合反应中传统的能量交换方式 5a教类 高分子材料合成的绿色化高分子材料合成的绿色化 聚乳酸及其衍生物都是可以生物降解的高分子材料，是 绿色高分子中的研究热点（2002年，美国Cargill Dow LLC 公司关于聚乳酸的成功开发，使其荣获了美国总统绿色化学 奖）。它们可以作为通用高分子（如塑料）使用，其主要合 成原料乳酸来自于淀粉，而且作为医用材料使用后的主要降 解产物乳酸是生物兼容的。因此，聚乳酸类生物降解材料的 合成中，原料的绿色化研究也较多。 使

4、用绿色原料和试剂 6a教类 隐患性高分子的安全应用隐患性高分子的安全应用 人工合成的环境惰性的高分子材料都可能危害环境，人们对这些隐 患性高分子使用后的垃圾处理方法有填埋、焚烧、再生与循环使用等三 种途径。从绿色化学的观点出发，为了尽可能地节约资源、节约能源， 必须用正确的途径对隐患性的合成高分子进行安全应用，它包括以下内 容： 首先，应强制生产企业对高分子材料的产品标明其主要成分，除生 物降解高分子材料的废弃物可填埋和堆肥处理外，对环境惰性高分子材 料垃圾，应按不同的性质进行不同的处理。 目前，许多塑料产品都没有标明成分，再加上我国的垃圾分类回收 系统的不完善，造成了处理困难，许多可再生环境

5、惰性高分子的资源被 浪费，并且无法回收利用可焚烧某些高分子垃圾释放的能量，同时也浪 费了宝贵的土地资源。标明成分和垃圾回收，不仅需要民众的参与，更 需要政府行为的介入。 7a教类 隐患性高分子的安全应用隐患性高分子的安全应用 第三，对已经无法再生与循环使用的环境惰性高分子材料进行焚 烧，回收热能。PP、PE等聚烯烃具有很高的热值，与燃料油相当，并且 具有无害化燃烧特性。PP、PE等是以人类日近稀少的能源石油为起始原 料生产的，因此我们对石油化工资源产品要尽可能地物尽其用。 目前，顺利实施城市生活垃圾变电能的关键，是将聚氯乙烯 （PVC）除开，避免与PP、PE等混杂，避免造成能源回收困难而浪费能

6、 源。 其次，对可再生与循环使用的环境惰性高分子材料，如聚丙烯 （PP）、聚乙烯（PE）、聚酯（PET）、尼龙66、有机玻璃（PMMA）、 聚苯乙烯（PS）等，应尽可能地再次利用，避免使用填埋方法处理。 在这方面，有关专家认为，提倡不使用一次性PS饭盒也是没必要 的，关键是处理方法得当。 8a教类 隐患性高分子的安全应用隐患性高分子的安全应用 第四，对PVC应合理使用。PVC的制造、加工、使用和废弃物的处 理，都涉及环境问题，其中最危险的是PVC废弃物的处理，绝对不可进 行焚烧处理，这是因为不仅PVC的燃烧热值低，与纸相当，而且其焚烧 过程会生成对人类最毒的二恶英类物质，同时释放出的HCl会对

7、设备造 成严重腐蚀。 另外，PVC加工过程中使用的添加剂较多，使用时如果与食品、药 品和日用品接触，有毒添加剂会渗出。因此，应尽快使PVC退出包装、 玩具、地膜等使用周期短的应用领域。同时，鉴于PVC具有节约天然资 源、适用性广、价格低廉、难燃、血液相容性好等优点，应加强对PVC 生产、加工、使用、废弃物处理等方面的研究。 9a教类 绿色高分子材料聚乳酸 聚乳酸(PLA) 以微生物的发酵产物L-乳酸为单体聚合成的一类聚合物。 优点优点：无毒、无刺激性，具有良好生物相容性，可生物分解吸收， 强度高，不污染环境，可塑性加工成型的高分子材料。具有良好的 机械性能，高抗击强度，高柔性和热稳定性，不变色

8、，对氧和水蒸 气有良好的透过性，又有良好的透明性和抗菌、防霉性，使用寿命 可达23a。聚乳酸(PLA)是一种真正的生物塑料，30 d内在微生物 的作用下可彻底降解生成CO2和H2O。 缺点缺点：脆性高，热变形温度低(0.46 MPa负荷下为54)，结晶慢， 但可分别通过和己内酰胺等共聚和添加结晶促进剂如滑石粉后退火 处理加以改性，活性聚乳酸的结晶度可达40%,热变形温度提高到 116121。 10a教类 以丙交酯为原料进行开环聚合合成聚乳 酸； 以乳酸、乳酸酯和其他乳酸衍生物等为 原料进行聚合合成聚乳酸。 绿色高分子材料聚乳酸 合成方法合成方法 11a教类 该工艺包括三个部分，先是以淀粉质农作

9、物 为原料，生产乳酸，进而生产丙交酯，最 终生产PLA。示意图如下： 绿色高分子材料聚乳酸 淀粉 糖化、发酵 中和、酸解 缩合聚合 乳酸 丙交酯 聚乳酸 12a教类 （1）乳酸 以淀粉为原料生产乳酸，pH值应控制在5.86.0之间，否则乳酸菌 会受到抑制甚至死亡。发酵液的全糖浓度一般控制在5%18%之间。 如用玉米，浓度可控制在15%，过高会使乳酸钙自动结晶，使后处 理增加困难；过低也会增加后处理负担。 （2）丙交酯 丙交酯是由乳酸生产聚乳酸的中间体。在乳酸进行二聚脱水反应制 取丙交酯时，将丙交酯和杂质一起气化，使丙交酯选择性地凝结， 从而使杂质分离，并进行回收和循环使用，由此可制得纯丙交酯。

10、 （3）PLA 丙交酯在高压水蒸气中开环聚合而制得聚乳酸，未反应的丙交酯被 水蒸气所捕捉以防止喷嘴的堵塞，从丙交酯水溶液中可收到高浓度 的乳酸。其反应温度应控制在160、压力为13.3 kPa下经100 h的 连续聚合反应后，去除气化的丙交酯,得到聚乳酸，其产率为 373%，若用常规方法产率为3512%。 绿色高分子材料聚乳酸 13a教类 应用应用 (1)卫生医药方面由于PLA安全无毒，具有生物相容性和可吸收性， 除用于幼儿尿布，妇女卫生用品外，还用于医用成骨材料及敷料和 医用缝合线，药物运载及释放系统的药物基质以及组织工程等。 (2)农业方面由于PLA韧性好故适合加工成高附加值薄膜，用于代替

11、 目前易破碎的农用地膜；此外还用于缓释农药、肥料等,不仅低毒 长效，还可在使用几年后自动分解，而且不污染环境。 (3)工业方面适合加工的一次性饭盒以及其它各种饮料、食品、外 包装材料及生产仿棉纤维以及仿羊毛、仿丝绸纤维，可单独纺丝 (或与其它天然纤维混纺)用于生产各种织物。 绿色高分子材料聚乳酸 14a教类 应用实例 乳酸基聚合物农用薄膜具有良好的耐候性、可维修性、生物可降解 性、透明度和韧性。其主要成分主要成分为：乳酸基聚合物100份,润滑剂 0.1-2份或抗粘连剂0.1-5份,紫外线吸收剂或光稳定剂0.001-5份。 其中润滑剂可以是高碳脂肪酸、脂肪酸酯、脂肪酸酰胺、脂肪酸的 金属皂类；而抗粘连剂可以是二氧化硅粉。 配方实例： 聚L-乳酸100份 紫外线吸收剂：2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮 Viosorb 13