东华大包装概论课件03塑料包装材料

第三章Chapter3

PlasticPackagingMaterials3.1Introduction3.2Structure&Properties3.3PlasticPackagingmaterial3.1Introduction1.Plastic2.Polymer/HighPolymer/Macromolecule3.PolymerMaterial4.Classification5.Resin6.Monomer7.MolecularMass&DegreeofPolymerization8.Name9.Contraction10.TheRiseofPolymerScience1.Plastic塑料是可塑性高分子材料的简称.它由聚合物(和助剂)所组成.2.Polymer/HighPolymer/Macromolecule高分子是分子量大、分子尺寸也大的一类化合物。3.PolymerMaterial高分子材料:作为材料使用的高分子.4.Classification(1)依来源分A天然:棉、麻、毛、丝、角、草、肉、血

B人造：合成、半合成

(2)依应用分A用途：塑料、橡胶、纤维、涂料、油墨

B性能：通用、工程、功能（特殊）5.Resin树脂:没有加工成型的高分子原料(材料)(3)热学行为：热塑性（Thermoplastic),热固性(Thermosetting)(4)结晶：结晶高分子、非结晶高分子、结晶性高分子、非结晶性高分子(5)有机与否：有机高分子、无机高分子(6)几何形状：线形、支化、网状(7)状态：液态、固态6.单体(monomer):合成高分子的原料（小分子）7.分子量与聚合度(Molecularmass&DegreeofPolymerization)8.命名(Name):聚----，----树脂，商品名9.缩写（Contraction）PELDPEHDPEPPOPPBOPPPVCPVDCPANyPETPOMPSPANABSCAPUPVAEVA分子量、聚合度与多分散性10.高分子科学的发展(TheRiseofPolymerScience)

1)AcceptanceoftheExistenceofMacromoleculeA.Staudinger(1920)Heproposedlong-chainformulasforPS,NR,POMCelluloseetalbymeansofx-rayandMmeasurement.----NobelPrize(1953)B.Carothers(1929,1931)inventedPET&PA66.C.Flory(1937)foundlong-chainstructure&proposedthetheoryofpolymersolution.--NobelPrize(1974)D.Zigler(1955)HDPE----NobelPrizeNatta(1957)PPE.白川（日）导电高分子------NobelPrize（2000)2)SomeCommerciallyImportantPolymers1930,SBR1936,PVCPMMAPVA1937,PS1939,PA661941,PTFEPVDC1942UnsaturatedPolyester1943,LDPEButylRubberPA6OrganicSilicones1944,PET1947,EpoxyResin1948,ABS1955,HDPE1956,POM1957,PP1964,InomerResin1965,Polyimide1970,TPE1974,AromaticPolyamide---Kevlar3.2Structure&Properties3.2.1PhysicalProperties1.分子间力:VantHoffForce;HBond2.内聚能(

U)与内聚能密度(

)

=

U/420Jcm-3<

<336Jcm-3

FiberPlasticRubberEngineeringPS(PE)PlasticPMMAPIBPETPVANRPANPVCPA66～3.结晶与非结晶，结晶性与非结晶性4.力学状态与转变

1)非晶态：线型（分子量一般、高分子量），交联

交联

TTbTg

Tf

Td

2)晶态（结晶度较小，结晶度较大）T~

图见下页

3)转变/松弛

4)实用温度TbTg

TmTf

Td

结晶聚合物的T~

交联

(Tg)Tg/TmTm/Tf

Tf/

Td结晶度较小：分子量较小、较大，超高分子量，交联结晶度较大：分子量较小、较大，超高分子量，交联

T

5.高弹性与强迫高弹性（普弹性）

6.粘弹性

1)静态粘弹性：A蠕变()T,

、B应力松弛()T

(线型,交联)

0

0t1t2t

0t

0

t

t00

0普弹性、高弹性、强迫高弹性

y

=E

=E

(t)

=E(t)

(t)强迫高弹形变如何恢复？(Tg,Tm)

y2)动态粘弹性:

A滞后B内耗3）时温等效原理7.取向问题8.电学性能A导电性B介电性C介电损耗D静电现象9.光学性能10.溶解性能及应用

1)溶解过程及特点:溶胀溶解

2)溶剂的选择

A基本原则，B极性高分子，C非极性高分子。A溶剂选择的基本原则

a相似相溶（极性相近）

b溶度参数（

）相近

=（

）1/2c相互作用参数（

）﹤1/2d电子性质匹配B极性高分子(结晶与非结晶）C非极性非结晶高分子D非极性结晶高分子:除用基本原则，须加热到熔点附近。E交联高分子：仅溶胀F分子量的影响G混合溶剂：单一溶剂不能满足要求时，需用两种或多种溶剂调节到

合

=

聚

合

=

1

1+

2

2+------11.渗透性1)渗透系数（常数）K=SDx气体在高分子材料中的p1l

渗透机理渗透系数（常数）K的表示c1

扩散方程——FickLawc2p2定义气体扩散速率J=q/AtJ=-Ddc/dx,分离变量：Jdx=-Ddc积分得：Jl=D(c1—c2)J=D(c1—c2)/l由HenryLawC=SPC1=S1P1,C2=S2P2且设：S1=S2代入JJ=DS（P1—P2)/l定义K=SD，得：J=K(P1—P2)/l由J=q/At得：K的定义K=ql/At(P1—P2)2）结论

a由K=SD可知：K由S,D决定；

bK的物理意义：K表示单位面积、单位时间、单位压差，透过材料厚度l

的气体量。K是反映材料对气体渗透性强弱（大小）的物理量。K的单位：cm3·mm/m2·d·kPac影响K的因素：外因）T,气体性质（S)

内因）化学结构（支化）极性结晶取向填料（无机、有机）3.2.2ChemicalProperties1Polymerization2ReactionofNoChangingDP3ReactionofChangingDPDPIncreaseDPDecreaseAging

1.Polymerization1)聚合反应

a加成聚合（加聚）：PEPPPSPVCPVAPVAcPANb缩合聚合（缩聚）：PETPA66EpoxyPCc开环聚合：PA6PCL2）聚合实施方法

a本体聚合

b溶液聚合

c悬浮聚合

d乳液聚合2.ReactionofNoChangingDP

酯化醚化磺化卤化硝化胺化缩醛化取代Eg.PVAc

PVA;PE

CPE;PVA

PVA缩醛

水解

卤化缩醛化

3ReactionofChangingDPDPIncrease:Cross-linking:ChemicalLightRadiation

扩链剂偶合剂抽真空DPdecrease(降解):

ChemicalBiologicalThermoOxygenIrradiationLightMechanical

4Aging(老化)

指材料性能随时间延长而劣化的现象.ChemicalBiologicalThermoOxygenIrradiationLightMechanical防老化:稳定剂防老剂3.3PlasticPackagingmaterial3.3.1塑料用助剂与添加剂（1.塑料的组成;2.助剂）1.塑料的组成绝大多数塑料制品均含有助剂.极少出现由单一大分子组成的塑料制品.塑料=高分子+助剂

.2.助剂----WHY?

助剂的作用:改善塑料的加工性能和实用性能.助剂的分类:加工助剂;改性助剂(改性型,增容型)

选择原则：高效、低毒、低成本。增塑剂、稳定剂、润滑剂、着色剂、增强剂、填充剂、阻燃剂、抗静电剂、发泡剂、交联剂、偶联剂、防雾剂。1）增塑剂（Plasticizer）指能够改善塑料的可塑性、成型流动性、赋予制品柔软性的物质。这类物质一般为有机小分子，也有高分子增塑剂。其与溶剂的区别：非挥发性。作用机理：削弱高分子间的作用力。

增塑效应：降低Tg、Tm、Tf、阻隔性、耐热性、硬度、刚度、强度；提高熔体流动性、韧性（抗冲击性、伸长率）、耐寒性。应用较多的体系-------PVC、CA、CN、StarchPlastic

几类常用增塑剂

a邻苯二甲酸酯类DBP、DOP增塑效率最高。

b脂肪族二元酸类DBS（癸二酸二丁酯）、DOSc磷酸酯类TCP（磷酸三苯酯）

d环氧酯类EBO（环氧大豆油）----无毒

e含氯类氯化石蜡（Cl%：42、52、62）

2）稳定剂（Stabilizer）能够阻止、延缓塑料老化的物质。（其在橡胶工业中叫防老剂）老化现象（原因）稳定剂（防老剂）光老化光稳定剂热老化热稳定剂氧老化抗氧剂微生物防霉剂/杀菌剂高能射线辐射稳定剂A光稳定剂---能够抑制光老化的物质。光屏蔽剂---能阻止UVray进入塑料内部；一般用颜料或填料起这种作用。碳黑、钛白粉、CaCO3、BaSO4、CaSO4。a

UV吸收剂：吸收290—380nm的UV猝灭剂：能有效转移光能，使处于激发态的分子变为基态。自由基捕获剂:（目前认为：光降解多为自由基机理）

B热稳定剂在加工和使用过程中,能够阻止或延缓因受热而引起塑料老化的物质.分为主要和辅助热稳定剂.应用最多的体系:PVCPVDC等热敏性聚合物.常用热稳定剂类别:无机,金属皂,有机Sn、Te等a无机类：盐基性铅盐-----毒性大，不透明，价廉。三盐：3PbO·PbSO4·H2O

二盐：2PbO·PbSO3b金属皂类：Pb2+、Cd2+、Ba2+、Ca2+、Mg2+、Zn2+St硬脂酸盐（St---C17H35COOH）注：重金属的毒性。c有机锡类：月桂酸二丁基锡、二辛基锡--毒性小，透明d辅助热稳定剂：环氧类（无毒）、亚磷酸酯类。4）色料（Colors）---着色物质染料（Dye）与颜料（Pigment）的区别？颜料可分为:无机与有机颜料a无机类:白色：TiO2、ZnO、锌钡白（立德粉）（ZnS+BaSO4）黄色：镉黄（CdS）铁黄（Fe2O3

）红色：镉红（CdS+CdSe）铁红（Fe2O3

）兰色：群青（Na5Al3Si3S2O12）绿色：铬绿（Cr2O3）铁绿（Te2O3）黑色：碳黑铁黑b有机类:酞菁类（Cu的有机大环配合物）：蓝、绿偶氮类（含-N=N-）：红、橙、黄c特殊光学:珠光、磷光、荧光、金属（CuAl）d增白剂:荧光型与非荧光型性能评价：着色力与遮盖力、透明性、耐热性、耐光性、耐迁移性、毒性、耐化学药品性、电学性能、持久性等。5）增强剂与增容剂（填充剂）增强剂---能够改善材料的强度和刚度

KevlarCarbonFiberGlassFiber增韧剂---能够改善材料（冲击）韧性传统：增塑剂、弹性体；现代：纳米材料增容剂（填充剂）---增大体积、降低成本无机：CaCO3，BaSO4，石膏，玻璃微珠，黏土等有机：木粉，稻糠，淀粉等。复合材料（Composites）----古老而新颖抗静电剂---改善导电性，减少静电积累多为离子化合物：阴离子型，阳离子型，两性离子型非离子型又分为：内用型、外用型。

6）阻燃剂---阻止材料燃烧添加型：Sb2O3、Al（OH）3

、磷酸三苯酯、氯蜡等内聚型（反应型）：聚合高分子的单体带有阻燃基团。阻燃剂或阻燃基团常含有P、Br、Cl等。阻燃原理：A产生密度大的气体，隔绝空气；B吸热分解或升华，降低材料表面温度；C产生惰性气体，冲淡可燃性气体；D阻燃剂阻止活性自由基形成，终止连锁反应。

发展趋势：无卤化6）发泡剂物理发泡：N2、CO2、氟里昂？化学发泡：碳酸氢钠、偶氮二异丁氰、偶氮二甲酰胺

7）交联剂（固化剂、硫化剂）化学法交联：过氧化物、偶联剂等离子交联：离聚物热交联光交联高能辐射交联8）偶联剂（界面处理剂）能改善复合材料的界面粘结结构与性能A）硅烷类B）钛酸酯类C）铝酸酯类9）防雾剂---改善材料表面能，减少水蒸气附着。10）开口剂（爽滑剂）3.3.2常用塑料包装材料1.配方设计:1)百份制;2)份数制;3)比例制1)百份制:所有组分材料所占整体材料的%之和为100%.例:A80%,B15%,C3%,D2%,其和为100%2)份数制:基体材料(树脂)为100份,其它组分材料为非100份,其和>100份.例:A100,B20,C5,D5份3)比例制:例:A:B:C:D=8:2:0.5:0.52.常用塑料包装材料1).PO(Polyolefine)---PEPP产量占所有塑料的30%Tm/oC

/g·cm-3LDPE(HPPE)19431180.91~0.93①PEHDPE(LPPE)19551350.94~0.96LLDPE1970’S1220.91~0.92UHMWPE1970’S135?0.92~0.94PP1730.90~0.91OPP②PPBOPPKOPP③PB(PB-1,PiB)④Copolymer:EVAEVOHEEAEPEPR离聚物等⑤结构、制造、性能、鉴别、应用与改性。A结构:一些聚烯烃的化学结构PolyolefineB制造C性能：a外观—PE半透明乳白色;PP透明性优于PE。透明性：PP﹥LDPE﹥HDPEb密度---PP﹤LDPE﹤HDPEc熔点---PP﹥HDPE﹥LDPEd溶解性：常温下无任何良溶剂。

如何配置这类溶液？

e

力学性能：强度PP﹥HDPE﹥LDPE，韧性PP﹤HDPE﹤LDPE；

f热封性：PP﹤HDPE﹤LDPE；

g阻隔性：OPP﹥PP﹥HDPE﹥LDPE。

h印刷适性：不良。如何改善？D鉴别：燃烧性（火焰、烟、气味、滴落）；溶解性；熔点；密度E改性与应用A）改性：物理法，增强填充共混层合；化学法，共聚交联B）应用：2).乙烯基塑料PVCPVDCPSPVAPMMAPAN①PVC&PVDCA)PVC结构性质:热敏性非晶聚合物.四大透明塑料之一。

Tg800C,Td140oC,

1.4g﹒cm3（密度较大）.

硬质：含增塑剂﹤10%软质：含增塑剂﹥30%

半硬质：含增塑剂10~30%

PVC透明性：较好（非结晶性），透光率约达80%；热性质：Tg：78~80oC（硬质品），随增塑剂↑Tg↓；

Td：140oC，热敏性，需加稳定剂；卫生性：工业和卫生级，残留单体：工业品≤10ppm，食品、医药包装和儿童玩具﹤1ppm；燃烧性：可燃（绿色火焰，大量黑烟，刺激性气味），但离火自熄；（鉴别）印刷适性：较好；热封性：较好溶解性：酮类阻隔性：优于PP、PE改性：硬质品的增韧应用：一些乙烯基塑料的高分子结构B）PVDC结构与组成：一般为共聚物（VDC-VC，VDC-AN）。性质：结晶性热敏性聚合物，优良的阻隔性。透明性：半透明热性质：Tm200oC（随共聚单体和增塑剂含量↑Tm↓，

Td210oC，需加入稳定剂；阻隔性：优于PVC，为三大阻隔塑料材料之一；热封性：良好溶解性：可溶解于THF、DMF极性溶剂；印刷适性:良好燃烧性：可燃，离火自熄，现象同PVC.密度：1.6~1.7g﹒cm-3,常用塑料中最大;应用：包装膜，阻隔性涂料等。②PS结构性质：非结晶透明性刚性塑料，四大通用塑料之一。透明性：良好，透光率可达90%，玻璃状透明体；力学性质：刚性大、脆性大；热性质：Tg100oC，燃烧性：易燃，火焰橙黄色燃烧时产生大量黑烟，并伴有黑烟柱。卫生性：食品和医药包装制品，残留单体﹤1ppm；密度：1.05g.cm3应用：刚性容器，BOPS膜，EPS等改性：共聚增韧：HIPSABSSANSBRSBS③PVA结构制造:由聚醋酸乙烯酯（PVAc）水解制得,又名维尼纶.性质:高阻隔性材料(除水蒸汽外)外观：原料，白色絮状或颗粒；膜，透明。溶解性，水溶性热性质，Tg850CTm2250CTd200oC﹤Tm燃烧性:可燃,有烟雾,黑色残留物,发出难闻的“甜”气味

1.26加工:水溶液浇注法成膜.改性：共聚（间接法）---EVA→EVOH；缩醛化。应用:涂料胶粘剂阻隔性膜（复合膜的阻隔层）。④PMMA有机玻璃结构制造：本体模板自由基（或阴离子）聚合性质：非结晶透明性最好的塑料，俗称有机玻璃,表面硬度低。

1.19Tg105oC燃烧性:难着火但能缓慢燃烧,离火后继续燃烧,火焰呈浅蓝色、顶端白色，燃烧时融化、起泡，发出花果臭和腐烂的蔬菜臭味。溶解性：可溶解于氯代烃（如氯仿）、芳烃。应用：透明扳、透明刚性容器。3).PA(Polyamide)（Ny）&PET(Polyester)①PA聚酰胺、尼龙、锦纶尼龙6尼龙66尼龙610尼龙1010尼龙11尼龙12

1.121.141.071.051.031.01Tm215260210205190175Tg45~60oC溶解性甲酸溶解溶解浓硫酸溶解溶解溶解溶解溶解溶解甲酚溶解溶解溶解溶解溶解溶解阻隔性三大阻隔塑料之一(水蒸气除外）。力学特性强韧、耐磨制造

应用：包装膜，化纤，工程塑料件（轴承、齿轮等）。

PA表观：微黄或无色、透明到不透明燃烧性：可燃，燃烧时熔融滴落，伴有羊毛或指甲烧焦气味；离火后慢熄；火焰上蓝下黄；特殊PA简介：A）生物降解尼龙B）透明尼龙C）芳香与半芳香尼龙，D）Kevlar---超强纤维②聚酯(结晶聚合物)主链上含有酯基的大分子的总称.分为热塑性和热固性。A.热塑性聚酯：半芳香聚酯和脂族聚酯（主链上不含不饱和键）A）.半芳香聚酯PET&PBTPET:

1.30—1.38,Tm255—265oC,Tg70oC.聚酯PET外观:透明或半透明,表面光滑、坚硬，振动时有金属清脆声。燃烧性：易燃，燃烧时呈黄色火焰，边缘兰色，产生黑烟，伴有松香味，残留黑色粉末。热封性：差印刷适应性：良阻隔性：良（仅次于PA、PVDC、PVA）溶解性：氯代烃力学特性：强度、刚度、硬度、脆性大应用：纤维（涤纶）；薄膜和片材（BOPET）；包装容器；工程塑料PBT

性能与PET相似。

1.2-1.3,Tm224oC,Tg40oC,

韧性优于PET.聚酯结构(PET,PBT,PCL)聚酯B)脂肪族聚酯---Biodegradable商品化的品种有：聚乳酸、聚己内酯等制造：化学合成，微生物合成应用：生物医用，与天然高分子共混。问题：成本和价格太高。A)不饱和聚酯(unsaturatedpolyester)大分子主链上含有双键（C=C）等不饱和键。主要用于：油漆（醇酸树脂漆），聚酯玻璃钢工艺品。生物可降解材料简介：天然型合成型半合成型几个术语：绿色，环保，环境友好材料可持续发展中的环境材料技术

陈金周0、前言1、自然界的循环2、材料流程的重建与评价3、生物降解高分子材料技术可持续发展中的环境材料技术

陈金周（郑州大学材料工程学院，河南郑州，450052）

摘要：本文从可持续发展角度，论述了发展生态环境材料的重要性和必要性。研究了人类在现代生产与生活过程中可能研究、发展和应用的，且对保护生态循环有益的环境材料（或称为绿色材料）技术。以生物可降解高分子材料技术为例,分析了发展环境材料的必要性和可行性。关键词：环境材料；绿色材料；生态平衡；降解塑料

0前言人口膨胀、资源短缺、环境恶化是当今社会发展面临的三大问题。人们在创造社会文明的同时,也不断破坏人类赖以生存的环境空间。自然资源耗竭和贫化已逐渐成为阻碍国民经济稳定高速发展的主要因素。针对这一问题，日本东京大学山本良一等人[1]于20世纪90年代初期提出了一个新的领域，即“环境材料”（Ecomaterials---EcologicalMaterials）或“生态学材料”。他们认为环境材料应具备以下三个特点：（1）先进性：即能为人类开拓更广阔的活动范围和环境；（2）环境协调性：使人类的活动范围同外部环境尽可能协调；（3）舒适性：使活动范围中的人类生活环境更加繁荣、舒适。

材料是人类赖以生存和发展的物质。从对环境是否友好的角度来看，可将材料分为两大类：非环境材料和环境材料。非环境材料主要追求的是材料的使用性能而忽视了环境协调性和舒适性。而环境材料所追求的不仅仅是优异的使用性能，而且从材料的制造、使用、废弃直到再生的整个寿命周期（Lifecycle）中必须具备与生态环境的协调共存性以及舒适性。因此所谓环境材料，实质上是赋予非环境材料（或传统材料）以优异的环境协调性的材料，或者指那些直接具有净化和修复环境等功能的材料。它是具有系统功能的一大类材料的总称。实质上，可以认为：环境材料就是对资源和能源消耗少，对生态环境影响小，可以再生利用或者降解使用，并且具有优异使用性能的材料。

在我国，近年来也将环境材料称为“绿色材料”。在学术界、政界和工业界已基本达成共识：环境材料及其技术是材料发展的必然趋势。但是，由于相当多的人尚未意识到或未完全清醒地意识到生态环境的危机性，尚未理解发展环境材料与技术的重要性和紧迫感，也由于文化素质相对较低和只管自己方便和获利而不管环境恶化和后代人的生存与发展，致使相当多的人缺少对环境保护的责任感。长此下去，人类自身的生存环境将恶化到人类不能生存和发展。因此，笔者在此要重述：保护环境就是保护我们自己的家园。保护环境要通过技术进步来实现，没有技术进步的环保，不是真正意义上的环保，这种环保技术也是不能被人们接受的。促进环境改善的技术（也称为绿色技术）[2]较多，在此，笔者就与生态系统协调的材料技术与工程问题做一些探讨。一、

自然界的循环各种活动的基础是能源和物质，而在地球这个环境里，能源和物质的前提条件是不同的。我们说物质自给自足，其意即物质的绝对量是有限的，而能源来自太阳和地球内部，然后再返回到宇宙中去。在这种封闭环境中，必须使材料（物质）再生循环才行。若无再循环，地球上的生态平衡将不能持续。然而，对上述无可争辩的事实，人类却长期视而不见。我们人类活动的一大特征是：按照自身的需要将材料加工利用，当不再需要时即被废弃。这种行为和作法的范围和规模且越来越大。长此以往，不久的将来，地球的资源必将枯竭，有害的废弃物不断增加又给地球带来更为严重的环境问题，地球的包容能力已不能达到如此更多的生态平衡被打破，人类自身也将不会存在。因此，人类应该充分发挥自己的智慧，模仿和保护生物循环系统，这就要在任何时间、任何地方，使用、加工任何材料都要考虑到生态是否被破坏的问题。二、材料流程的重建与评价

从生物的循环系统考虑，材料可分为两大类，即能利用自然循环的材料和不能利用自然循环的材料。前者如能被生物完全分解的天然材料和合成材料（如淀粉、植物纤维、合成生物降解材料等）；后者如大多数金属等。在利用自然系统的时候，至关重要的是，要正确地把握非循环材料的使用量，即考虑地球的容量，要记住：新增加的负荷不能超过自然系统的承受能力。建立符合自然规律的物质循环系统的战略方针应从两个方面来评价：一是尽可能使用在自然界中可循环的材料，并将自然的循环应用到废弃和生产过程中。二是尽可能少地使用在自然界中不可循环的材料。对那些非用不可的材料，应事先设计一个再生循环系统。下面就全世界正在推崇的生物降解高分子材料技术的发展问题进行探讨。

三、生物降解高分子材料技术不造成地球生态环境破坏的材料均可称为可循环材料。在我国，绿色材料就是指的这类材料。可循环材料有许多种，现最受人们重视发展的材料为生物降解高分子材料。为什么生物可降解材料倍受人们重视？这是由于这类材料是可循环材料，这类材料完成使用使命后，可分解成CO2（二氧化碳）和H2O（水）——地球可容纳之物质。使用这类材料可以构筑一个与生态环境协调的人类活动过程。笔者认为：可以用天然生物材料做原料来加工成可用物，可用物被使用后，它们分解成可被生物利用的原料，再来合成生物材料及可用物。如果我们人类自身的一切活动都能这样地利用可循环技术与材料，那么地球的任何时候与地方都是“绿色”的，对人类任何时候也是友好的.否则，环境对人的惩罚是难以想像的。因此，加强对环境无负荷的生物降解塑料的研究开发非常必要。在此，介绍一些生物降解塑料的进展。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中碳素循环的一个组成部分的高分子材料[3]。我们知道纸是一种主要由植物纤维素构成的生物降解材料，而通常用的合成塑料是具有高性能的非降解高分子材料。而生物降解塑料就是兼有纸的可降解性和合成塑料的高性能化的新型高分子材料。为了确立可以同时控制高分子材料的生物降解性和物理性能的方法，许多国家都开展着活跃的研究。做为生物降解塑料的高分子材料可分为三类：（1）微生物产生的聚酯（大分子链中含有酯基的化合物）；（2）来自植物的天然高分子（淀粉、纤维素等）；（3）化学合成高分子。这些大分子可被降解的机理已经证实：主要由细菌或其水解酶将高分子量的大分子分解成小分子量的碎片，然后进一步被细菌分解成二氧化碳和水等物质。

微生物产生聚酯属微生物发酵型大分子，它是利用微生物产生的酶将自然界中易于生物分解的聚酯类物解聚水解，再分解吸收合成高分子化合物，这些化合物含有微生物聚酯和微生物多糖等。据报导[3]，应用该原理用真氧产碱菌种在好氧条件下以糖发酵已成了完全被生物降解的聚合物（如羟基丁酸酯PHB、聚羟基戊酸酯PHV和聚羟基丁酸戊酯PHBV等）。但这类微生物发酵合成的聚合物成本高，价格在25美元/kg，离大规模普及的价格（2~4美元/kg）还相差很远，限制了它的推广应用。现在的研究方向是改用其它碳源以降低成本。当然，现在国外也有利用新技术开发微生物发酵生产可降解塑料的工艺，有些公司表示，为期不远，这类材料的价格将降到5美元/kg左右。为降低制造生物聚酯的成本，正在开展利用植物合成生物降解塑料的研究，美国、日本先后利用基因工程技术，使一些植物在其枝叶上直接生长出可降解的聚酯，如美国密执安州立大学的研究组将生物合成的微生物聚酯体系的遗传基因导入植物中，虽然收率还较低，但已成功地研制出可合成的聚酯。因此这方面的研究尚处于发展期。植物制造的淀粉，价格在2.5元/kg，是一类数量巨大而价格低廉的天然大分子，国内外开展这种淀粉合成生物降解塑料的研究非常热。美国的瓦那·兰巴特制药公司通过操作植物的遗传因子，部分控制淀粉大分子链的支化度，从而制造出以廉价的淀粉为原料的生物降解塑料。该公司一直在推进药用淀粉胶囊的应用研究并取得了成功。在此基础上，他们还用淀粉和生物降解高分子的混合物开发出了热塑性生物降解塑料，并以“NOVON”为品牌进行了商品化。意大利的孟特爱迪生集团的诺瓦孟特公司也用淀粉和变性聚乙烯醇的混合物开发了名为“Mater-Bi”的生物降解塑料，且已每年生产1万吨以上。

笔者近几年也在进行全淀粉塑料的研究与开发工作[4]，已经使难以热塑性塑料化的淀粉可以用普通的塑料加工设备来成型加工，但与国外开发的产品相类似，存在着耐水性差的问题。对于这些淀粉类生物降解塑料来说，开发出从亲水性到疏水性的广泛性质的塑料将是近期研究的热门课题。虽然，近几年国内外市场上也逐步使用着标有可降解塑料包装产品，但应注意，这类降解塑料并非真正意义的生物可循环材料，只能称为部分降解和半降解材料。因为这种降解塑料的绝大多数是30%~40%的淀粉与60%~70%的非降解性合成树脂混合而成的掺混型半降解塑料[5]，其大部分不能被生物降解成水和二氧化碳。当然还有一类称为降解塑料的是光降解塑料，这类塑料实质上也非完全光降解塑料，它们是利用这种塑料中含有光降解引发剂（光敏剂），遇到太阳光长期照射时，塑料中所含的少量光降解剂诱发“大分子”变成中等分子量的“碎片”，而很难进一步分解成二氧化碳等自然界可再循环的物质。以笔者之见，这类材料的使用不会长久，因它的性质不能被生态平衡所接受。第三类生物降解塑料是利用化学合成的生物可降解聚酯大分子。我们知道绝大多数品种的合成高分子材料不能被微生物分解，但我们知道一些水溶性大分子（如聚乙烯醇和聚乙二醇等）和某些脂肪族聚酯（如：聚己内酯(PCL)、聚乳酸等）可被微生物分解。PCL具有与天然大分子同等程度的良好生物降解性和优良的物理性能，但因溶点比较低（约60℃）和价格尚高，尚未作为生物降解塑料而实用化。聚乳酸及其共聚物也具有良好的生物降解和相容性[3]，虽然价格较高，但在欧洲已作为生物医用材料正在推广中，如作为骨伤科的固定件（针、螺钉等）和外科缝线等.因为其具有与人或动物的生物相容性和生物对其具有可降解或称为可吸收性，在生物体内逐渐分解成H2O和CO2，这样当受伤者断骨或皮肤伤口痊合后，不用再像钢件成合成纤维缝合线再从患者体内或皮肤中除去，以免除患者受二次开刀手术之苦，因此这类材料很受欢迎。

由于生物降解塑料可被环境微生物分解，因此可同生活垃圾一同处理，利用生物的代谢，将其变为肥料（堆肥），可作为天然有机肥料加以利用。不仅如此，在有水和高温条件下，可将聚酯等生物降解塑料水解，并以较高的回收率回收其单体（合成聚酯的原料）。再将这种单体精制，聚合之后，又可重新变为生物降解聚酯（此即为分子循环）。人们期盼着不久以后，从环境保护和资源有效利用两个方面来开展生物降解塑料的研究和开发，以期为人类的可持续发展打下必不可少的材料技术基础。作为人类相生相伴的，具有生物可循环的材料——木材是一大类与环境相协调且量非常大的实用材料。木材是利用土壤中的水、空气中的二氧化碳以及太阳能通过光合作用而成长的有机体。其结构与现代建筑用的钢筋混凝土相似，组成木材的纤维素相当于钢筋、木质素（即化学造纸工艺要除去的废弃物）相当于混凝土，半纤维则相当于使二者较好结合的扎丝（铁丝）。因此木材实质上是一种天然的复合材料和复合结构，且又是可再生的。因此笔者认为，在不破坏生态平衡的情况下，合理利用木材是保护生态环境和可持续发展的有效途径，因为木材的生长需耗用水、CO2，而木材即使废弃后又被生物周转为CO2和水，且其生产制造所耗之能量成本又是最低的（与合成树脂、水泥、钢铁相比），且其性能也是优异的，因此人们应该充分认识到这类材料的重要性。当然，木材也有不足之处。如：由于资源的枯竭，难以得到大直径的材料，也难以得到性能稳定的材料；硬度、强度也不够，因而其可靠性是一个问题:在不同的环境中，受水、微生物、热、光等作用而发生尺寸变化；还有腐朽、变色、易燃等问题。为了增加可靠性和改善缺点，人们采用了许多方法对木材进行了改性。如：与合成高分子进行复合（木塑复合体WPC）；加工成各种形状后再组合加工成层合板、压缩板、硬质纤维板等；用各种防腐、阻燃剂进行处理以改善性能；用各种涂料油漆进行装饰和保护等。这些方法和措施均起到了改善木材使用性能和外观性能的作用。但应指出，目前人们大量使用的木制制品所用的胶粘剂、涂料是对人体健康和生态平衡不利的，且多数是有害的。如目前家庭所用的层合板家俱和装饰板的胶粘剂绝大多数为脲醛胶，而胶的主要成份为脲醛树脂.这种由脲素和甲醛缩合而制成胶粘剂本身就含有毒性较大的游离甲醛（新装饰木樯和新制家俱，如衣柜带有的刺激性气味就是甲醛引起的），且这种合成胶在长期使用过程中，还会由于降解而进一步释放甲醛于空气中。因此改善胶的性能是当务之急。

另外，目前木质制品的装饰与保护性涂料的大多数尚为以有机溶剂为稀料的涂料，这类涂料在涂饰之后，有机溶剂将挥发在空气中，致使操作者、使用者的身心健康和自然环境受到伤害。而改善其性能使其成为环境协调性也是当务之急。好在人们在70年代初就已意识到环境保护型涂料问题了，只不过到目前为止因成本或使用性能及施工效率与方便性等问题所致，致使环保型的水性化涂料、无溶剂涂料和粉末化涂料在木制品中的应用尚未推广开。但人们已经意识到，使用环保型涂料、保护生态环境，就是保护人类自己的生存和发展。

总之，与生态环境相协调的材料技术与工程越来越吸引人，其发展的必要性的认识已被绝大多数国家政府和人民所接受。其重要性虽然已知，但可行性尚需进行艰苦的努力奋斗才能变为现实性.因为世界上的当权者和富商们的双眼分别注视着两个"绿色"[6]：一个绿色是生态环境改善问题；另一个绿色是美钞。比如世界上经济实力最强的美国于去年（2001）年上半年，宣布（唯一的一个国家）退出《京都议定书》，也就是说，拒绝履行所分摊的削减7%的排放温室气体的承诺。把这项一直悬在空中的国际环保协议推向了夭折的边缘。实质上美国放弃该议定书,正是“温室效应不如金钱效应”。即为了经济利益而不惜牺牲生态环境是其主要原因。因此，建造绿色世界，保护人类家园的任务还相当艰难。

参考文献

[1]山本良一[日].环境材料[M]，北京：化学工业出版社，1997[2]顾国维.绿色技术及其应用[M]，上海：同济大学出版社，1999[3]俞耀庭.生物医用材料[M]，天津：天津大学出版社，2000[4]陈金周等.全淀粉塑料的流变性能研究，包装工程[J]，2002,(2)全淀粉塑料的研究进展，塑料工业[J],2003,(增刊)全淀粉塑料的制备与力学性能研究，塑料工业[J],2003,（6）[5]刘喜生.包装材料[M]，专著：吉林大学出版社，1997[6]金鑫.世界问题报告[M]，北京：中国社会科学出版社，20024）PC&PU（聚碳酸酯和聚氨酯）①PC：大分子主链中含有碳酸酯基。②PU(Polyurethane)主链上含有许多重复的-NH-COO-基团的大分子,统称为聚氨基甲酸酯,简称聚氨酯.按其结构性质,可分为

(线型)热塑性和(体型)热固性树脂.结构

:聚醚型和聚酯型.制备:

基本原料、聚合。A基本原料：R（N=C=O）2，HOR’OHB聚合PU的优点：性能的可设计性应用：A泡沫塑料：软、硬、半硬；B黏合剂、涂料C弹性体与热塑弹性体：耐磨性优良。D合成皮革

②PU塑胶跑道5）纤维素塑料（cellulose）①玻璃纸（透明纸）制造：漂白木浆↘NaOH,↘CS2，↘H2SO4,↘H2O,干燥性质：吸湿性大，无热封性。②硝酸纤维素CN（CelluloseNitrate）制造：纤维素↘硝化（硝酸和硫酸的混合酸）：一硝、二硝、三硝基纤维素性质：不溶于水，可溶于酮、酯等；可燃性强。应用：涂料、塑料膜、炸药。③醋酸纤维素CA(Celluloseacetate)制造：纤维素↘醋酸酐和醋酸乙酰化：一醋、二醋、三醋酸纤维素。性质：不溶于水，可溶于酮、氯代烃、酯