光降解塑料

浅谈光降解塑料姓名：学号：摘要：随着石油化学工业的发展,塑料在六十年代实现大规模的生产。目前,由于塑料在各行各业和人们生活领域中的广泛应用,特别是一次性使用的塑料制品如食品包装袋、饮料瓶、农用薄膜等的广泛使用,使大量的固体废弃物残留在公共场所、海洋和耕地的土层中,而这些废弃塑料又是耐酸耐碱耐腐蚀的,不易分解腐烂,因而造成了世界性的环境污染。自七十年代以来,许多国家开始研制可降解塑料。其中光降解塑料是指在生产过程中加入光敏剂，使其稳定性下降，在日照下就可以降解的塑料。尽管我国在设计光降解塑料方面已经取得了显著地成功，但是仍存在许多问题有待解决。关键词：光敏剂、可降解、塑料引言：随着经济的发展，人口的增加，人们的生活水平提高，城市化进程加快，各种废弃物越来越多。这些废弃物由于没有得到回收利用，造成了环境的污染，资源的浪费，尤其是塑料废弃物造成的“白色污染”。由于聚乙烯、聚氯乙烯塑料薄膜在自然界中难以分解，可在土壤中存在400年之久，破坏了土壤的理化性能，阻碍了肥料的均匀分布，影响了禾苗根系生长，使农作物大幅减产。如果每亩地有3.9kg残膜，将减产玉米11%—23%，土豆5.5%—9.0%，蔬菜14.6%—59.2%。此外，废弃塑料如果被动物误食会造成动物死亡，据估计每年大约有200万只海鸟和10万只海洋动物因误食塑料而丧生。废弃塑料焚烧会排出二恶英，有时还可能产生氯化氢、氰化氢、光气等有害气体，会引起肺泡和粘膜损伤、支气管及肺组织炎症、慢性纤维化，加重哮喘，甚至导致肺心病等。因此生产一种可降解的塑料代替传统塑料势在必行。早在上世纪七十年代，国外就开始研究降解性塑料,并且已经用于包装、医疗、农业等多个行业。美国、日本、德国等发达国家已先后制定了限用或禁用非降解塑料的法规。我国从七十年代中期才开始研究可光降解塑料，目前我国的光降解塑料主要用于农业和包装业等。设计光降解塑料在保护环境，减少“白色污染”方面有重大意义。光降解塑料在阳光下即可发生降解，不需要填埋或焚烧，既不会污染土壤，损害土壤机理，又不会产生有毒有害气体，造成多重污染。此外光降解塑料生产工艺简单，在石油资源短缺的今天也是可持续发展的重要组成。设计光降解塑料的原理：光讲解是指在日光的照射下，光讲解塑料吸收紫外线辐射后发生光引发作用，使键能减弱、长键分裂成较低分子量的碎片，聚合物完整性遭到破坏，物理性能下降。碎片在自然界中继续氧化，发生自由基断裂反应，降解为低分子量化合物，最后彻底氧化为2CO和OH2，这个降解过程为光降解和自由基断链氧化反应结合的Norrish反应。如下为NorrishⅠ型光化学裂解过程：要使塑料能发生光降解反应，必须具有C=O,-N=N-NH-,-NH-NH-,S,ONNCHCHCH222,等基团。光降解塑料的分子结构是光降解的主要影响因素。添加光敏剂可以促进光降解。大多数聚合物并不吸收285NM以上波长的光能，但是，如果在聚合物中加入光敏感基团或添加具有光敏感作用的化学助剂，可加速光化学反映的过程，使之快速发生降解。常用的光敏剂有芳香酮、芳香胺、乙酰丙酮金属化合物、2-羟基-4甲基苯乙酮肟铁、硬脂酸、而硫代氨基甲酸金属化合物、二茂铁等。根据光降解聚合物分子设计原理及制造方法，可分为合成型光降解塑料和添加型光降解塑料。共聚型光降解塑料由美国杜邦公司发明，由聚乙烯（PE）与一氧化碳共聚即E—CO共聚物，或由聚乙烯与乙烯基铜共聚即GUILLET共聚物，其目的是使PE带有羰基，以增强PE塑料的降解性。改变PE中羰基的含量，可控制此塑料的降解期在60-600天左右。后来，又发展了聚苯乙烯（PS）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯和聚酰胺（PA）等含羰基共聚物。光降解塑料在日本已实现工业化或半工业化,并用于农膜、发泡托盘、瓶子、包装材料等。其中热塑性1,2-聚丁二烯作为农用复合膜已开始应用。在西方国家的一些发达国家，PE光降解膜已经用做地膜、食品袋和垃圾袋，PP降解膜也用在食品包装和香烟生产中。下图为国外已经实现工业化的共聚型光降解塑料产品：添加型光降解塑料即在聚合物中添加少量的光引发剂和其他助剂，有这些物质吸收光能后产生自由基，或者将激发态能量传递给塑料聚合物使产生自由基，然后促进高分子材料发生氧化反应，达到劣化的目的。常用的添加剂有羰基甲基酮类、金属化合物、含有芳烃环结构的物质、过氧化物、卤化物、颜料等。下图为国外已经实现工业化的添加型光降解塑料产品：可控光降解塑料可以说是光降解塑料向深层发展的一种标准。它除了具有光降解的必备特性外，还必须具有特定的光降解行为。美国伦斯勒理工学院的克里维络采用能同紫外线发生反应的化学物质，研制成功了该类塑料。国内有些研究单位和厂家在此方面做了大量的研究开发工作，并能生产一定量的可控光降解薄膜。研究发现可以通过调节光敏剂的添加量以及光敏剂与抗氧化剂的配比来实现薄膜的光降解可控性。我国降解塑料研究开发始于70年代中期,80年代有少数几家单位进行了淀粉填充型崩坏性生物降解塑料的研究,90年代随着环保呼声日益高涨,降解塑料的研究发展蓬勃。研究开发的降解塑料品种有光降解、光-生物降解、光-碳酸钙降解、光-氧-生物降解(可环境降解)、完全生物降解、崩坏性生物降解等塑料以及高填充碳酸钙环境友好材料等。总体而言,除合成型光降解、完全生物降解塑料外,中国降解塑料的研究开发进程与世界同步,技术水平和世界先进水平接近或相当。其中光降解塑料的技术已经比较成熟，可广泛的用于大量使用的一次性包装制品，卫生制品，农业制品，如购物袋，垃圾袋，餐具，尿布，农用地膜等。存在问题及发展前景：尽管在光降解塑料的研制方面已经取得了很大的成果，但是仍然有许多不足之处。例如添加型光降解塑料的添加剂类低分子物质容易从聚合物表面扩散析出，并向聚合物接触的物质迁移，会降低分解效果，还可能污染包装内的其他物质，所以不能用于包装食物。而且，由于地理环境和气候等的影响，需要加入的添加剂是不同的，很难控制降解时间，会造成产品无法广泛使用。聚合性光降解塑料中的羰基化聚合物一旦在光的作用下就发生降解，必须加入稳定剂才能加以控制。另外，由于生产降解塑料的成本较高，所以价格较高，造成了难以在市场推广使用，人们的环保意识不强，很少有人愿意购买比普通塑料包装材料贵的降解塑料包装材料。没有统一的评判标准，一些非降解塑料也打着可降解塑料的头号，使得光降解塑料市场比较混乱。一次性纸质用品的生产对可降解塑料的推广也有着很大的冲击作用。未来，随着人们对环境污染问题的日益关注和可持续发展战略的实施，降解塑料的研究前景看好，应用领域也将会得到拓展。然而就目前的研究成果而言，要使其普遍使用仍需较长的时间。为了使光降解塑料更好地服务于人类，今后的主要研究领域应当是根据不同用途及环境条件，开发准时光、生物结合的可控性双降解塑料，使得在光照条件下和没有光照的条件下都能发生降解，减少降解时间。并且进一步提高准时性、可控性、用后快速降解性和完全降解性，争取达到可控、高效、无残留。同时加速研究和建立统一的降解塑料的定义、降解机理、评价方法和标准。参考文献：[1]．许晓扬,林泳,杨晓东.广州化工,2001,29(1):45～49[2]．张立平,吴春玉,宋育贤.国外油田工程,2001,17(9):37～39[3]．应宗荣.现代塑料加工应用,2000,12(1):40～43[4]．王文英,张振亮.现代塑料加工应用,2000,12(1):55～57[5]．唐赛珍,陶欣.现代化工,2000,22(1):2～7[6]．王禧.江苏化工,2002,30(1):7～11[7]．陈和生,孙振亚等.塑料科技,2000,138(4):36～39[8]．田忆凯,侯丽英等.上海化工,1999,24(7):27～30[9]．戴长华,刘然克.现代塑料加工,1999,11(3):40～43[10]．白福臣,叶永成,张海波.现代塑料加工应用,2000,12(5):54～56.[11]．唐赛珍,陶欣.现代化工,2002,22(1):2～7