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《環(huán)境材料學講稿第5部分》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在應用文檔-天天文庫。
1、第五部分：合成可降解材料和天然可降解材料一、概述所謂環(huán)境降解材料，一般指可被環(huán)境自然吸收、消化、分解，從而不產生固體廢棄物的一類材料。一些天然成分的材料如木材、竹材，以及一些由天然纖維加工的紙制品，一些天然提取物如甲殼素、玉米蛋白等是自然的環(huán)境降解材料。人工合成的環(huán)境降解材料，目前主要有兩類，一類是仿生物材料中的生物降解磷酸鹽陶瓷材料，另一類就是目的產量最大、用途最多的生物降解塑料。1、生物降解塑料的研究背景塑料具有優(yōu)異的特性，廣泛應用于國民經(jīng)濟的各個領域。塑料的產量和用量不斷增加，隨之出現(xiàn)的問題是廢棄塑料量也不斷增加。通常所說的廢塑料主要有三種：一種是聚乙烯，主要用來做農業(yè)上的塑料薄膜、購物
2、袋；另一種是聚丙烯。一般用做裝水泥與化肥的編織袋，建筑防護用的安全棚，包裝用的打包帶等；還有一種是聚苯乙烯，主要用做泡沫減震塑料、快餐飯盒，包裝填充物。所謂白色污染就是由各種用過的，難以被大自然消化的塑料飲瓶、塑料包裝袋、農用塑料薄膜、塑料填重材料等作為垃圾被拋棄，引起的一種白色垃圾污染現(xiàn)象。普通的高分子塑料在自然環(huán)境分解速度很慢。大量使用和廢棄高分子塑料使其長期在環(huán)境中大量積累，是白色污染遍及全球的主要原因。2、生物降解塑料的分類生物降解塑料是指具有滿意的使用性能，且使用后能被自然界微生物或光最后完全分解成二氧化碳、水及其他低分子化合物使之成為自然界中碳素循環(huán)的一個組成部分的一類高分子材料。
3、到目前為止，有關生物降解塑料的開發(fā)可分為四大類：淀粉填充型、微生物合成型、化學合成型、天然物質利用型等。淀粉填充型淀粉因其價廉物美，又是一種易于工業(yè)化的材料，使其成為可降解塑料的一種重要原料。目前市場上出現(xiàn)的淀粉聚合物就是由淀粉制備的生物降解塑料。淀粉填充型可降解塑料的一個缺點是其耐水性較差。改性方法是將原料制備成熱塑性淀粉，再與少量的聚烯烴塑料共混，以改善其耐水性；另一種改性方法是把淀粉進行疏水化處理，即在天然淀粉的大分子上接枝疏水性基團以達到增強其耐水性的目的。表5-1是淀粉塑料和聚乙烯塑料的力學性能比較?？梢?，淀粉塑料的彈性模量、剪切模量和延伸率等性能指標都介于低密度聚乙烯(LDPE)和
4、高密度聚乙烯(HDPE)之間，表明淀粉塑料的性能可與聚乙烯塑料相媲美。表5-1淀粉塑料和聚乙烯塑料的力學性能比較微生物合成型開發(fā)生物降解高分子材料。目前的一個研究熱點是采用生物工程技術來合成生物降解高分子材料，主要成分是微生物聚酯，以得到更廉價的可降解塑料產品。例如，運用遺傳工程把白楊木的葉子干燥，磨碎成細粉末，然后萃取出葉綠體，就可從白楊木的葉綠體中得到聚羥基丁酸酯(PHB)的母粒料，從而獲得PHB降解塑料。英國利用原核生物和真菌的細胞在分子水平上合成PHB并已獲美國專利?；瘜W合成型人工合成生物降解高分子塑料品種有許多，如聚乙烯醇、丙烯酸共聚物、聚酯、聚醚、聚氨基甲酸酯、聚酰胺、聚乳酸、聚己
5、內酯、聚環(huán)氧乙烷共混物等。由于這些化合物的主鏈結構含有R1COOR2，RlOR2，RlCONHR2等結構單元，使得它們普遍具有環(huán)境降解性。目前研究的熱點是生物可降解脂肪族聚酯及它們的共聚物。市場上銷售的商品化的生物降解塑料制品主要有聚羥基羧酸酯、聚乙交酯、聚己內酯等。另外，利用化學合成制造生物降解高分子材料，合成具有類似于天然高分子結構的物質或含有容易生物降解的官能團的聚合物，較微生物合成具有更大的靈活性，容易控制產品質量和要求。其設計思想是選擇一些易生物降解的化學結構單體．如帶酯鍵或酰胺鍵的化合物，來制備生物降解塑料，或采用相對分子質量600以下的齊聚物，插入易生物降解的高分子鏈中，這樣既可
6、達到生物分解的要求．又能滿足某些性能上的需要。天然物質利用型聚乳酸纖維(玉米纖維)PLA聚乳酸纖維是一種可完全生物降解的合成纖維，它可從谷物中取得。其制品廢棄后在土壤或海水中經(jīng)微生物作用可分解為二氧化碳和水，燃燒時，不會散發(fā)毒氣，不會造成污染。是一種可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)纖維。單個的乳酸分子中有一個羥基和一個羧基,多個乳酸分子在一起,-OH與別的分子的-COOH脫水縮合,-COOH與別的分子的-OH脫水縮合,它們形成的聚合物叫做聚乳酸。聚乳酸也稱為聚丙交酯，屬于聚酯家族。聚乳酸是以乳酸為主要原料聚合得到的聚合物，原料來源充分而且可以再生。高透明聚乳酸，玉米料，生物降解材料PLA,其適合加工的產品包括
7、透明和非透明的餐具、文具、玩具、園藝用品及戶外休閑用品等等。一、材料的環(huán)境降解機理高分子聚合物的降解主要是由高分子中化學鍵斷裂所引起的反應。所謂降解指高分子聚合物材料在熱、機械、光、輻射、生物及化學物質作用下，分子中化學鍵斷裂，井由此引發(fā)的一系列材料老化、性能劣化的過程。該過程包括多種物理的和化學的協(xié)同作用i根據(jù)其降解機理大致可將材料的環(huán)境降解分為光降解和生物降解，以及光-生物共降解等。1、光降解
