可降解材料.ppt

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1、可降解材料可降解材料年年中国邮电部发行一套中国邮电部发行一套“化学工业化学工业”特种邮票特种邮票2:2:“塑料塑料”。主图是一女工正在操作生产塑料的设备。主图是一女工正在操作生产塑料的设备聚合釜聚合釜。4:4:“橡胶橡胶”。主图是一位工人扶一条汽车轮胎，背景是橡胶厂的。主图是一位工人扶一条汽车轮胎，背景是橡胶厂的硫化机。硫化机。8:8:“合成纤维合成纤维”。主图是一位纺织女工正在检验用合成纤维织成。主图是一位纺织女工正在检验用合成纤维织成的各种花布，背景是合成纤维工厂的绕丝设备。的各种花布，背景是合成纤维工厂的绕丝设备。一合成材料概况一合成材料概况材材料料无机无机材料材料有机有机高分高分子材子

2、材料料非金属材料非金属材料金属材料金属材料天然高分子材料天然高分子材料合成高合成高分子材分子材料料淀粉淀粉纤维素纤维素蛋白质蛋白质天然橡胶天然橡胶合成塑料合成塑料合成橡胶合成橡胶合成纤维合成纤维合成粘合剂合成粘合剂合成涂料合成涂料新型合成高分子新型合成高分子材料材料功能高分子材料功能高分子材料复合高分子材料复合高分子材料合成有机高分子材料改变了我们的生活合成有机高分子材料改变了我们的生活 一座年产一座年产8万万吨的合成橡胶吨的合成橡胶厂相当于厂相当于145万亩橡胶园的万亩橡胶园的年产量。年产量。一座年产万吨一座年产万吨的合成纤维厂的合成纤维厂相当于相当于30万亩万亩棉田或棉田或250万头万头绵

3、羊的棉毛产绵羊的棉毛产量。量。耐高温、耐耐高温、耐腐蚀的塑料腐蚀的塑料王特氟王特氟隆隆 塑料塑料 合成纤维合成纤维 合成橡胶合成橡胶有机高分子化合物概况有机高分子化合物概况塑料，其实它是合成树脂中的一种，形状跟天然树脂中的松树脂相似，但因又经过化学的力量来合成，而被称之为塑料。合成树脂是将有机原料用化学方法人工合成而得的，一类具有类似天然树脂性能的高分子量的聚合物，是一种无定形的半固体或固体有机物。特点：热可塑性。热塑性树脂有聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）、聚酰胺（PA）、聚碳酸酯（PC）、聚酯（PET等）、ABS树脂、聚甲醛（POM）、聚砜（PSF）、聚氯乙烯等。热固性树脂

4、有酚醛和脲醛树脂，环氧树脂，氟树脂，不饱和聚酯和聚胺酯、呋喃树脂、三聚氰胺甲醛树脂、丁苯树脂、有机硅树脂、聚酰亚胺树脂等聚氯乙烯聚氯乙烯聚乙烯聚乙烯聚丙烯：聚丙烯：聚苯乙烯聚苯乙烯2 2、合成纤维、合成纤维纤纤维维天天然然纤纤维维化化学学纤纤维维棉花棉花羊毛羊毛木材木材草类草类合成纤维：用石油、天然气等为原合成纤维：用石油、天然气等为原料制成的单体，再经聚合制成的纤料制成的单体，再经聚合制成的纤维（如：维（如：“六大纶六大纶”、碳纤维、光、碳纤维、光导纤维等）导纤维等）人造纤维：用木材、草类的纤维经人造纤维：用木材、草类的纤维经化学加工制成。如黏胶纤维等化学加工制成。如黏胶纤维等3 3、合成橡

5、胶、合成橡胶橡橡胶胶天然橡胶天然橡胶合成橡胶合成橡胶通通用用橡橡胶胶特特种种橡橡胶胶丁苯橡胶丁苯橡胶顺丁橡胶顺丁橡胶氯丁橡胶氯丁橡胶聚硫橡胶聚硫橡胶硅橡胶硅橡胶奇琴伊查古城 橡胶1 1有机高分子化合物概况有机高分子化合物概况A:A:小分子：相对分子质量通常不上千，通常称为低分子化小分子：相对分子质量通常不上千，通常称为低分子化合物，简称小分子；合物，简称小分子；如：烃、醇、醛、羧酸、酯、葡萄糖、蔗糖等如：烃、醇、醛、羧酸、酯、葡萄糖、蔗糖等B:B:高分子：相对分子质量达几万甚至几千万，通常称为高高分子：相对分子质量达几万甚至几千万，通常称为高分子化合物，简称高分子，有时，又称高聚物；分子化合物

6、，简称高分子，有时，又称高聚物；如：淀粉、纤维素、蛋白质、聚乙烯、聚氯乙烯、酚醛如：淀粉、纤维素、蛋白质、聚乙烯、聚氯乙烯、酚醛树脂等树脂等高分子化合物的结构特点高分子化合物的结构特点（1 1）高分子化合物通常结构并不复杂，往往由简单的结构单元重）高分子化合物通常结构并不复杂，往往由简单的结构单元重复连接而成。复连接而成。如聚乙烯：如聚乙烯：CH2CH2叫聚乙烯的叫聚乙烯的结构单元（或链节）；结构单元（或链节）；合成小分子的物质叫单体。合成小分子的物质叫单体。如乙烯是聚乙烯的单体。如乙烯是聚乙烯的单体。（2）根据结构中链节连接方式分类，可以有）根据结构中链节连接方式分类，可以有线型结构线型结构

7、和和体型结构体型结构，线性结构又可分为，线性结构又可分为带支链和不带支链的结构。带支链和不带支链的结构。A聚乙烯、聚氯乙烯中以聚乙烯、聚氯乙烯中以CC键连接成长链；键连接成长链；B淀粉、纤维素中以淀粉、纤维素中以CC键和键和CO键连接成键连接成长链；（这些长链结构相互缠绕使分子间接触的长链；（这些长链结构相互缠绕使分子间接触的地方增多，分子间的作用就大大增加）地方增多，分子间的作用就大大增加）C硫化橡胶中，长链与长链之间又形成键，产硫化橡胶中，长链与长链之间又形成键，产生网状结构而交联在一起。生网状结构而交联在一起。橡胶硫化后，其柔韧性和弹性都会增大。橡胶硫化后，其柔韧性和弹性都会增大。非生物

8、降解合成材料尤其是塑料包装材料在废弃后会给非生物降解合成材料尤其是塑料包装材料在废弃后会给环境带来极大的负面影响，即造成所谓的环境带来极大的负面影响，即造成所谓的“白色污染白色污染”。据报道，塑料正以每年据报道，塑料正以每年25002500万吨的速度在自然界中堆万吨的速度在自然界中堆积。如何对付积。如何对付“白色污染白色污染”成为了人们普遍关注的问题成为了人们普遍关注的问题。合成有机高分子材料的环境问题合成有机高分子材料的环境问题三、白色污染三、白色污染2白色污染的原白色污染的原因因9090年代初高分子化学家指出年代初高分子化学家指出C CC C键不能酶解键不能酶解与与水解水解，要断键除非光解

9、与氧化聚乙烯实际上只是，要断键除非光解与氧化聚乙烯实际上只是成为碎片成为碎片留存于土壤中。因此开发完全可生物降留存于土壤中。因此开发完全可生物降解解材料成为材料成为一个新的课题。一个新的课题。3白色污染的白色污染的危害危害 塑料垃圾中，一次性塑料袋、塑料饭盒占塑料垃圾中，一次性塑料袋、塑料饭盒占60。塑料垃圾。塑料垃圾增长最明显的是闹市区和消费水平较高的生活区。增长最明显的是闹市区和消费水平较高的生活区。长江葛洲坝岸边漂浮堆积的长江葛洲坝岸边漂浮堆积的“白色垃圾白色垃圾”，足容得下多人站立而，足容得下多人站立而不下沉。目前，长江上游顺江而下的大量不下沉。目前，长江上游顺江而下的大量“白色垃圾白

10、色垃圾”不仅严重不仅严重污染水面，也给葛洲坝水电站和在建的三峡水利枢纽未来的运行污染水面，也给葛洲坝水电站和在建的三峡水利枢纽未来的运行发电带来严重安全隐患。清理这些发电带来严重安全隐患。清理这些“白色垃圾白色垃圾”迫在眉睫。迫在眉睫。据介绍，目前每天只有不到据介绍，目前每天只有不到30%30%吨的塑料垃吨的塑料垃圾流入回收再利用市场，而近圾流入回收再利用市场，而近70%70%吨的塑料垃圾吨的塑料垃圾都被填埋处理。这些垃圾大部分是很难降解的，都被填埋处理。这些垃圾大部分是很难降解的，填埋不仅占用土地资源，而且一般需填埋不仅占用土地资源，而且一般需100100多年才多年才能降解。导致了垃圾填埋场

11、封场速度加快，同时能降解。导致了垃圾填埋场封场速度加快，同时也给封场后的绿化和开发利用带来困难也给封场后的绿化和开发利用带来困难4 4白色污染的治理白色污染的治理A A废弃塑料的再利用（如直接作为材料、制作单废弃塑料的再利用（如直接作为材料、制作单体和燃料油、制作气体等）；体和燃料油、制作气体等）；B B制造易降解材料。制造易降解材料。根据塑料难于分解、腐烂的特点，从改进塑料的根据塑料难于分解、腐烂的特点，从改进塑料的配方和生产工艺入手，研制成功了一些易分解的配方和生产工艺入手，研制成功了一些易分解的新型塑料，如淀粉塑料、水溶塑料、光解塑料等新型塑料，如淀粉塑料、水溶塑料、光解塑料等这些塑料在

12、一定条件下，经过一定时间会降解这些塑料在一定条件下，经过一定时间会降解为简单物质或被微生物分解当然，大面积地使为简单物质或被微生物分解当然，大面积地使用可降解塑料还需要相当长的时间用可降解塑料还需要相当长的时间因此，目前治理因此，目前治理“白色污染白色污染”，主要还应从减少，主要还应从减少使用和加强回收开始近年来一些国家要求做到使用和加强回收开始近年来一些国家要求做到废塑料的减量化、再利用、再循环我国废塑料的减量化、再利用、再循环我国19951995年颁布的年颁布的中华人民共和国固体废弃物污染环境中华人民共和国固体废弃物污染环境防治法防治法以及北京市以及北京市19991999年年5 5月施行的

13、月施行的北京市北京市限制销售、使用塑料袋和一次性塑料餐具管理办限制销售、使用塑料袋和一次性塑料餐具管理办法法中，对治理中，对治理“白色污染白色污染”都作出了具体的规都作出了具体的规定定“消除白色污染、倡导绿色消费消除白色污染、倡导绿色消费”，成为，成为19991999年年“地球日的主题地球日的主题2121世纪需要对环境友好的塑料世纪需要对环境友好的塑料 当今，合成树脂和塑料工业的发展速度非常惊人当今，合成树脂和塑料工业的发展速度非常惊人据据19961996年报道，世界塑料年产量已经达到年报道，世界塑料年产量已经达到1 1亿亿2 2千千万吨，我国万吨，我国20002000年塑料产量预计要达到年塑

14、料产量预计要达到750750万吨万吨塑料工业的发展为社会的发展和人类生活质量的塑料工业的发展为社会的发展和人类生活质量的提高作出了杰出的贡献但是，随着塑料的广泛应提高作出了杰出的贡献但是，随着塑料的广泛应用，塑料废弃物所带来的污染也日趋严重据估计，用，塑料废弃物所带来的污染也日趋严重据估计，20002000年我国塑料废弃物总量可能超过年我国塑料废弃物总量可能超过50005000万吨万吨为了保护人类的生存环境，人们始着手利用废弃塑为了保护人类的生存环境，人们始着手利用废弃塑料，使它成开为有用的资源：料，使它成开为有用的资源：直接用作材料如回收聚乙烯塑料并制成再生薄直接用作材料如回收聚乙烯塑料并制

15、成再生薄膜，用作包装袋；膜，用作包装袋；热解成单体如有机玻璃热解得到单体，再重新热解成单体如有机玻璃热解得到单体，再重新聚合为成品；又如，聚苯乙烯包装材料和一次性饭聚合为成品；又如，聚苯乙烯包装材料和一次性饭盒用盒用BaOBaO处理，使其在高温下分解成单体，然后再处理，使其在高温下分解成单体，然后再制成树脂；制成树脂；制成燃油和燃气不能或难以分解的塑料可在催制成燃油和燃气不能或难以分解的塑料可在催化剂存在下，热解成柴油、煤油和汽油，甚至裂解化剂存在下，热解成柴油、煤油和汽油，甚至裂解为气态烃和氢气作燃料为气态烃和氢气作燃料中国环保中国环保 环境监理环境监理 中国环境标志中国环境标志中国节水标志

16、中国节水标志 中国节能中国节能产品标志产品标志 绿色食品标志绿色食品标志回收标志回收标志全球环保标章全球环保标章http:/ 生生物物降降解解高高分分子子材材料料是是指指在在自自然然界界微微生生物物或或人人体体及及动动物物体体内内的的组组织织细细胞胞、酶酶和和体体液液的的作作用用下下,可可使使其其化化学学结结构构发发生生变变化化,致致使使分分子子量量下下降降及及性性能能发发生生变变化化的的高高分分子材料。子材料。添添加加型型淀淀粉粉塑塑料料和和橡橡胶胶，其其生生产产方方法法是是将将淀淀粉粉以以非非偶偶联联方方式式与与现现行行塑塑料料(PE、PP、PS和和PVC等等)共共混混，淀淀粉粉含含量量一

17、般为一般为7%-15%。热塑性淀粉材料是完全生物可降解材料，热塑性淀粉材料是完全生物可降解材料，意大利研制出一种淀粉含量为意大利研制出一种淀粉含量为70%的可降解材料，所使用的可降解材料，所使用的树脂是无毒的的树脂是无毒的,分子量在分子量在500050000，它与淀粉直接交，它与淀粉直接交联或产生间接物理作用，有良好的成型性、二次加工性、联或产生间接物理作用，有良好的成型性、二次加工性、力学性能和优良的生物降解性能，缺点是有亲水性，不宜力学性能和优良的生物降解性能，缺点是有亲水性，不宜用于食品包装而且价格较高。用于食品包装而且价格较高。德国的德国的Battele研究所开发出了淀粉含量为研究所开

18、发出了淀粉含量为90%的降解塑料的降解塑料,可作为包装材料使用可作为包装材料使用,以聚氯乙烯为取代目标。以聚氯乙烯为取代目标。美国开发了一种热塑性淀粉材料，是以变性淀粉为主，且美国开发了一种热塑性淀粉材料，是以变性淀粉为主，且配有少量其它生物降解性添加剂的天然聚合物材料配有少量其它生物降解性添加剂的天然聚合物材料,淀粉含淀粉含量高达量高达90%100%，材料的性能类似于聚苯乙烯，可完全，材料的性能类似于聚苯乙烯，可完全生物降解，且降解可控，产品广泛用于医用器材、包装材生物降解，且降解可控，产品广泛用于医用器材、包装材料。料。美美国国的的Goodyear公公司司宣宣布布试试销销含含有有部部分分淀

19、淀粉粉填填料料的的轮轮胎胎,该该填料可以降低轮胎的滚动阻力和重量填料可以降低轮胎的滚动阻力和重量,还有利于环境保护。还有利于环境保护。但但是是添添加加型型淀淀粉粉塑塑料料和和橡橡胶胶的的主主要要成成分分仍仍是是石石油油基基类类聚聚合合物物(PE、PP、PS、PVC等等),很很快快降降解解的的部部分分主主要要是是淀淀粉粉,剩剩余余的的树树脂脂降降解解仍仍需需几几百百年年。严严格格地地讲讲,添添加加淀淀粉粉的的可可降降解解塑塑料料不具备降解机理和功能，所以该类产品已不再受欢迎。不具备降解机理和功能，所以该类产品已不再受欢迎。生物大分子 目前目前用于生物降解材料的多糖类天然高聚物主要有淀粉、纤用于生

20、物降解材料的多糖类天然高聚物主要有淀粉、纤维素、壳聚糖、木质素、果胶及它们的衍生物等。维素、壳聚糖、木质素、果胶及它们的衍生物等。多糖类生物降解材料壳聚糖，又称脱乙酰甲壳素，甲壳素脱除乙酰基后所得的产物，是目前壳聚糖，又称脱乙酰甲壳素，甲壳素脱除乙酰基后所得的产物，是目前自然界中发现的唯一带正电荷的可食性动物纤维，也是一种脂质吸附剂，自然界中发现的唯一带正电荷的可食性动物纤维，也是一种脂质吸附剂，被誉为人体生命第六要素。被誉为人体生命第六要素。化学合成型生物降解高分子：化学合成型生物降解高分子：该该类类生生物物降降解解高高分分子子材材料料多多是是在在分分子子结结构构中中引引入入酯酯基基结结构的

21、聚酯。构的聚酯。工业化的有聚乳酸工业化的有聚乳酸(PLA)和聚己内酯和聚己内酯(PCL)。PLA在在医医学学领领域域内内被被认认为为是是最最重重要要的的可可完完全全生生物物降降解解的的高高分分子子。由由于于制制备备工工艺艺、成成本本的的限限制制,该该类类材材料料的的研研究究起起步步较较晚晚,但但越越来来越越受受到到重重视视。由由于于可可完完全全降降解解,所所以以应应用用前前景较好景较好,但是降解机理仍不完全清楚。但是降解机理仍不完全清楚。微生物合成高分子材料、微生物合成高分子材料、聚聚-羟基丁酸酯羟基丁酸酯(PHB)是细菌与藻类是细菌与藻类的贮存产物，的贮存产物，70年代由英国年代由英国ICI

22、公司公司开发成功并进行生产，可以完全生物开发成功并进行生产，可以完全生物降解降解,但力学和热学性能不佳。为了改但力学和热学性能不佳。为了改善这一点，另一家公司开发了善这一点，另一家公司开发了-羟基羟基丁酸与丁酸与-羟基戊酸羟基戊酸(HV)的共聚物，得的共聚物，得到了性能良好，可完全生物降解的高到了性能良好，可完全生物降解的高分子材料。分子材料。0.025mm厚的厚的PHB或或PHB-HV膜在海水中膜在海水中6周已穿孔周已穿孔,堆肥堆肥7周可降解周可降解70%80%。PHB-HV可以可以制成瓶、膜和纤维制成瓶、膜和纤维,应用广泛。应用广泛。PHB-HV膜的降解（新品，膜的降解（新品，7days，

23、14days）(2)光降解高分子光降解高分子 塑料老化塑料老化 (2)光降解高分子光降解高分子 在制备塑料时在制备塑料时,通过向塑料基体中加入光敏剂通过向塑料基体中加入光敏剂,使其使其在光照条件下可诱发光降解反应，此类塑料称为光降解在光照条件下可诱发光降解反应，此类塑料称为光降解塑料。塑料。光降解引发剂有很多种光降解引发剂有很多种,包括过渡金属的各种化合包括过渡金属的各种化合物物,如如:卤化物、乙酰基丙酮酸盐、二硫代氨基甲酸盐、卤化物、乙酰基丙酮酸盐、二硫代氨基甲酸盐、脂肪酸盐、羟基化合物、多核芳香族化合物、酯以及其脂肪酸盐、羟基化合物、多核芳香族化合物、酯以及其它一些聚合物。它一些聚合物。不

24、不同同寿寿命命的的降降解解高高分分子子材材料料还还可可以以通通过过改改变变Ni,CoNi,Co等等稳稳定定二二硫硫代代氨氨基基甲甲酸酸盐盐和和Fe,CuFe,Cu等等二二硫硫代代氨氨基基甲甲酸酸盐盐的的比比例例得得到到。此此外外联联二二茂茂铁铁也也可可以以引引发发光光降降解解反反应应,其其降降解解速速度度与与光光敏敏剂剂含含量量有有关关。在在自自然然条条件件下下测测试试出出光光敏敏剂剂含含量量与与降降解解速速度度的的曲曲线线，就就可可以以根根据据该该材材料料的的使使用用期期限限选选择择适当的用量。适当的用量。除除了了以以上上光光降降解解高高分分子子外外,还还有有一一类类重重要要的的合合成成光光

25、降降解解高高分分子子，即即通通过过共共聚聚反反应应将将羰羰基基型型感感光光基基团团引引入入高高分分子子链链而而赋赋予予其其光光降降解解特特性性。光光降降解解活活性性的的控控制制则则是是通通过过改改变变羰羰基基基基团团含含量量来来实实现现。已已经经工工业业化化的的此此类类合合成成光光降降解解高高分分子子有乙烯有乙烯-乙烯酮共聚物和乙烯乙烯酮共聚物和乙烯-CO共聚物。共聚物。(3)光和生物双降解高分子光和生物双降解高分子 光光-生生物物双双降降解解高高分分子子材材料料，具具有有光光、生生物物双双降降解解功功能能,它它将将光光敏敏剂剂体体系系的的光光降降解解机机理理与与淀淀粉粉的的生生物物降降解解机

26、机理理结结合合起起来来,一一方方面面可可以以加加速速降降解解,另另一一方方面面可可以以利利用用光光敏敏剂剂体体系系可调的特性达到人为控制降解的目的。可调的特性达到人为控制降解的目的。光降解和生物降解的结合不仅提高了材料降解的可控性，光降解和生物降解的结合不仅提高了材料降解的可控性，而且还克服了单纯光降解材料在阳光不足或非光照条件下难而且还克服了单纯光降解材料在阳光不足或非光照条件下难降解以及单纯淀粉塑料在非微生物环境条件下难降解的问题。降解以及单纯淀粉塑料在非微生物环境条件下难降解的问题。生物降解高分子材料的一大应用领域是在农业上。在生物降解高分子材料的一大应用领域是在农业上。在适当的条件下，

27、可生物降解高分子材料经有机降解成为混适当的条件下，可生物降解高分子材料经有机降解成为混合肥料合肥料,或与有机废物混合堆肥。特别是用甲壳素或与有机废物混合堆肥。特别是用甲壳素/壳聚糖制壳聚糖制备的生物降解高分子材料或含有甲壳素备的生物降解高分子材料或含有甲壳素/壳聚糖的生物降解壳聚糖的生物降解高分子材料高分子材料,其降解产物不但有利于植物生长其降解产物不但有利于植物生长,还可改良土壤还可改良土壤环境。环境。降降解解高高分分子子当当前前存存在在的的问问题题主主要要是是价价格格昂昂贵贵,难难以以推推广广利利用用。淀淀粉粉填填充充型型塑塑料料降降而而不不解解,生生物物降降解解塑塑料料的的用用后后处处理

28、理需需要要全全面面的的堆堆肥肥建建设设。另另外外,降降解解塑塑料料自自身身技技术术如如更更合合理理的的工工艺艺配配方方、准准确确的的降降解解时时控控性性、用用后后快快速速降降解解性性、彻彻底底降降解解性性以以及及边边角角料料的的回回收收利利用用技技术术等等还还有有待待进进一一步步提提高高和和完完善。善。展望展望2020世纪是能源、材料与环境保护和人体健康即环世纪是能源、材料与环境保护和人体健康即环保保健相互联系的保保健相互联系的世纪；世纪；开发开发生物可降解材料是大势所趋，它是解决当前生物可降解材料是大势所趋，它是解决当前“塑料垃圾塑料垃圾”问题的有效途径，而多糖类完全可问题的有效途径，而多糖类完全可生物降解材料的开发则具有更加光明的前景。生物降解材料的开发则具有更加光明的前景。