高分子材料論文

1、高分子材料論文課題名稱：高分子材料導(dǎo)論學(xué)院：班級(jí)：姓名：學(xué)號(hào)：高分子材料回收利用與發(fā)展可降解材料現(xiàn)代文明以經(jīng)濟(jì)騰飛和生活水平的提高為主要標(biāo)志。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，大規(guī)模的物質(zhì)循環(huán)不可避免地引起各種問(wèn)題，如資源短缺、環(huán)境惡化已為全球所關(guān)注?？茖W(xué)家預(yù)言地球能源（煤、石油、天然氣等）不久將消耗完，會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的能源危機(jī)；現(xiàn)代工業(yè)以及消費(fèi)業(yè)的發(fā)展已給大自然帶來(lái)嚴(yán)重的影響，大氣、海洋等受污染，溫室效應(yīng)發(fā)生和臭氧層的破壞等等。所有這些已嚴(yán)重影響著自然界的生態(tài)平衡，最終必然會(huì)阻礙世界經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展。材料的制造、加工、應(yīng)用等均與環(huán)境和資源有直接的關(guān)系。高分子材料自從上世紀(jì)初問(wèn)世以來(lái)，因重量輕、加工方便、產(chǎn)品美觀實(shí)用等

2、特點(diǎn)，頗受人們歡迎，其應(yīng)用越來(lái)越廣，從而使用過(guò)的高分子材料日益增加。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2011年，我國(guó)塑料制品的產(chǎn)量達(dá)5474萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng)22%。其中，塑料薄膜的產(chǎn)量為844萬(wàn)噸，占總產(chǎn)量的15%；日用塑料制品的產(chǎn)量為458萬(wàn)噸，占總產(chǎn)量的8%；塑料人造革、合成革的產(chǎn)量為240萬(wàn)噸，占總產(chǎn)量的4%。如何處理這些廢料已成為非常重要的課題。處理廢舊高分子材料比較科學(xué)的方法是再循環(huán)利用。循環(huán)是廢舊高分子材抖利用的有利途徑，不僅使環(huán)境污染得到妥善的解決，而且資源得到最有效的節(jié)省和利用。從資源利用的角度，對(duì)廢舊高分子材料的利用首先應(yīng)考慮材料的循環(huán)，然后考慮化學(xué)循環(huán)及能量回收?；厥眨何覈?guó)塑料回收面臨的困難是數(shù)量大

3、、分布廣、品種多、體積大，許多廢塑料與其它城市垃圾混在一起。處理廢塑料的主要方法是：填埋和簡(jiǎn)單焚燒，但可供填埋場(chǎng)地不斷減少，填埋費(fèi)用急劇上升以及簡(jiǎn)單焚燒帶來(lái)的二次污染等問(wèn)題也給我們敲響了警鐘。國(guó)外在廢塑料回收方面已積累了不少經(jīng)驗(yàn)，他們把廢塑料的回收作為一項(xiàng)系統(tǒng)工程，政府、企業(yè)、居民共同參與。德國(guó)于1993年開(kāi)始實(shí)施包裝容器回收再利用，1997年回收再利用廢塑料達(dá)到60萬(wàn)t，是當(dāng)年消費(fèi)量（80萬(wàn)t）的75%。目前，德國(guó)在全國(guó)設(shè)立300多個(gè)包裝容器回收、分類網(wǎng)點(diǎn)，各網(wǎng)點(diǎn)統(tǒng)一將塑料制品分為瓶、薄膜、杯、PS發(fā)泡制品及其他制品，并有統(tǒng)一顏色標(biāo)志2。利用：主要有再生利用、熱能利用以及分解產(chǎn)物的利用（包括

4、熱分解和化學(xué)分解）。1、 再生利用：再生利用分簡(jiǎn)單再生和改性再生兩類。簡(jiǎn)單再生，指廢塑料經(jīng)過(guò)分類、清洗、破碎、造粒后直接進(jìn)行成型加工，一般只能制成檔次較低的產(chǎn)品。改性再生，指通過(guò)化學(xué)或機(jī)械方法對(duì)廢塑料進(jìn)行改性。改性后的再生制品力學(xué)性能得到改善，可以做檔次較高的制品。在化學(xué)添加劑方面，汽巴-嘉基公司生產(chǎn)出一種含抗氧劑、共穩(wěn)定劑和其他活性、非活性添加劑的混合助劑，可使回收材料性能基本恢復(fù)到原有水平；荷蘭有人開(kāi)發(fā)了一種新型化學(xué)增容劑，能將包含不同聚合物的回收塑料鍵合在一起。美國(guó)報(bào)道采用固體剪切粉碎工藝（Solid State Shear Pulverization, S3P）進(jìn)行機(jī)械加工，無(wú)須加熱和

5、熔融便可將樹(shù)脂進(jìn)行分子水平剪切，形成互容的共混物。共混物大部分由HDPE和LLDPE組成，極限拉伸強(qiáng)度和撓曲模量可與HDPE和LLDPE純料相媲美5。2、 焚燒回收熱能：對(duì)于難以進(jìn)行清洗分選回收的混雜廢塑料，可以在專門(mén)的焚燒爐中焚燒以回收熱能。木材的燃燒熱為14.65 GJ/kg，聚乙烯為46.63 GJ/kg，聚丙烯為43.95 GJ/kg，聚氯乙烯為18.08 GJ/kg，ABS為35.26 GJ/kg，均高于木材，若能將這部分熱能加以回收是很有意義的。廢塑料熱能回收可最大限度減少對(duì)自然環(huán)境的污染，不需要繁雜的預(yù)處理，也不需與生活垃圾分離，焚燒后廢塑料的質(zhì)量和體積可分別減少80%和90%以

6、上，燃燒后的渣滓密度較大，再掩埋處理也很方便。因此，這種集環(huán)保、發(fā)電于一體的工業(yè)技術(shù)，正在使廢塑料成為一種資源，在國(guó)際上已成為新的投資熱點(diǎn)。有些廢塑料燃燒會(huì)產(chǎn)生HCl等二次污染氣體，專用焚燒爐一次性投資較大。不過(guò)，隨著燃燒技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，利用廢塑料回收熱能的前景還是十分廣闊的。3、熱裂解技術(shù)：目前用廢塑料制取化工原料技術(shù)主要是針對(duì)聚苯乙烯的回收。日本制鋼所以擠出機(jī)為裂解裝置，得到的聚苯乙烯分解產(chǎn)物中苯乙烯質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到了78.6%。BP公司計(jì)劃建設(shè)一套2.5萬(wàn)/a的裝置，將來(lái)自生活和工業(yè)的廢塑料凈化、碾碎、加熱后，處理成為一種清潔的液態(tài)烴8。     

7、;為了處理含聚氯乙烯類廢塑料，德國(guó)Veba公司開(kāi)發(fā)了以減壓渣油、褐煤、廢塑料的混合物為原料，褐煤為催化劑的4萬(wàn)t/a廢塑料油化裝置，能處理含10% 聚氯乙烯的廢塑料。但Veba法需在氫氣存在條件下加壓進(jìn)行，投資與操作費(fèi)用很高。    日本理化研究所開(kāi)發(fā)的Kurata法采用Ni、Cu、Al等5種金屬為催化劑，生成油主要是煤油。HCl的中和裝置設(shè)計(jì)在流程后面，當(dāng)聚氯乙烯含量占20% 時(shí)，HCl脫除率仍可達(dá)99.91%，生成油中氯含量小于100g/g。日本久保田公司采用脫氯技術(shù)可從廢塑料中幾乎完全除去氯乙烯，脫氯后的廢塑料作為高爐噴吹原料。    4.化學(xué)分解

8、：這項(xiàng)技術(shù)適用于單一品種并經(jīng)嚴(yán)格預(yù)處理的廢塑料。盡管多種塑料都可用化學(xué)法分解，但目前主要用于處理聚氨酯、熱塑性聚酯和聚酰胺等極性類廢塑料。例如利用聚氨酯泡沫塑料水解法制聚酯和二胺，聚氨酯軟、硬制品醇解法制多元醇，廢舊PET解聚制粗對(duì)苯二甲酸和乙二醇等。高分子材料資源化雖然是解決高分子材料的成效之一，但是實(shí)際上也有許多問(wèn)題，例如再生料不如原生材料；循環(huán)過(guò)程代價(jià)高昂等。另外，生產(chǎn)合成高分子材料的原料石油也總有用盡的一天，因而，尋找新的環(huán)境友好型材料，發(fā)展非石油基聚合物迫在眉睫，而可生物降解材料正是解決這方面問(wèn)題的有效途徑。生物降解材料，亦稱為“綠色生態(tài)材料”，指的是在土壤微生物和酶的作用下能降解的

9、材料。具體地講，就是指在一定條件下，能在細(xì)菌、霉菌、藻類等自然界的微生物作用下，導(dǎo)致生物降解的高分子材料。理想的可生物降解材料是一種具有優(yōu)良的使用性能、廢棄后可被環(huán)境微生物完全分解、最終轉(zhuǎn)化成CO2 和H2O而成為自然界中碳素循環(huán)的一個(gè)組成部分的高分子材料。 生物降解材料的分解主要是通過(guò)微生物的作用，因而，生物降解材料的降解機(jī)理即材料被細(xì)菌、霉菌等作用消化吸收的過(guò)程。首先，微生物向體外分泌水解酶與材料表面結(jié)合，通過(guò)水解切斷表面的高分子鏈，生成小分子量的化合物，然后降解的生成物被微生物攝入體內(nèi)，經(jīng)過(guò)種種代謝路線，合成微生物體物或轉(zhuǎn)化為微生物活動(dòng)的能量，最終轉(zhuǎn)化成CO2 和H2O4。按其降解的化學(xué)

10、本質(zhì)則分為水解和酶解兩種。水解機(jī)理材料的降解實(shí)質(zhì)上是其內(nèi)部的高分子鏈段在特定條件下斷裂成低分子量的寡聚物，并最終分解為單體的過(guò)程。材料的“溶蝕”則是指由于分子鏈發(fā)生斷裂，形成的水溶性小分子物質(zhì)離開(kāi)聚合物材料，導(dǎo)致材料的力學(xué)性能降低，材料最終完全消失的過(guò)程，溶蝕又可表面溶蝕和整體溶蝕。如果分子鏈段的降解速度比水分子在材料中的擴(kuò)散速度快，鏈段的水解限制在材料表面，而很難進(jìn)入到材料的內(nèi)部，這種方式屬于表面溶蝕或異相溶蝕，如果水分子在材料的擴(kuò)散速度比高分子鏈段的水解速度快，那么材料表面和內(nèi)部的降解同時(shí)進(jìn)行，因此屬于整體溶蝕。 酶促水解機(jī)理對(duì)于易水解的聚合物，在體內(nèi)可能同時(shí)存在單純的水解和酶催化水解兩種

11、作用。脂肪酶能促進(jìn)聚酯分解，而水解酶可促進(jìn)易水解聚合物的降解。脂肪酶R.delemer lipase、Rhizopus arrhizus lipase、Pseudomnas lipase為PCL的特異性降解酶，在這些酶存在下，PCL降解速度加快，在通常情況下完全降解需要2-3年，而在酶的存在下完全降解時(shí)間縮短為幾天。 酶促氧化機(jī)理對(duì)一些非水解性聚合物，其可能的降解機(jī)理是酶促氧化機(jī)理。免疫組織學(xué)研究證實(shí)，材料在體內(nèi)最后通過(guò)吞噬細(xì)胞內(nèi)吞作用而被吸收代謝的。高分子生物材料植入體內(nèi)后，在局部會(huì)引起不同程度的急性炎癥反應(yīng)，當(dāng)組織受到損傷后，周?chē)艿耐ㄍ感园l(fā)生變化，多喝白細(xì)胞迅速向炎癥部位移動(dòng)，被激活的

12、中性粒細(xì)胞能使單核細(xì)胞分化為巨噬細(xì)胞。多形核白細(xì)胞和巨噬細(xì)胞的代謝產(chǎn)生出大量的過(guò)氧陰離子（O2），這種不穩(wěn)定的中間體進(jìn)而轉(zhuǎn)換為更強(qiáng)的氧化劑（H2O2）。體內(nèi)的還原型輔酶2（NADPH）氧化酶都參與了這個(gè)轉(zhuǎn)化反應(yīng)，而過(guò)氧化歧化酶（SOD）則起到加速轉(zhuǎn)化的作用。H2O2有可能在植入部位引發(fā)聚合物自身分解反應(yīng)；同時(shí)H2O2在肌過(guò)氧化酶（MPO）的作用下可進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為次氯酸。次氯酸也是一種生物材料的強(qiáng)氧化劑，可氧化聚酰胺、聚脲、聚氨酯中的氨基，使高分子鏈斷開(kāi)，從而達(dá)到降解的作用。在生物可降解材料中，對(duì)降解起主要作用的是細(xì)菌、霉菌、真菌和放線菌等微生物，按其降解作用的形式又可分為3種5：(1)生物的物理

13、作用，由于生物細(xì)胞的增長(zhǎng)而使材料發(fā)生機(jī)械性毀壞；(2)生物的生化作用，微生物對(duì)材料作用而產(chǎn)生新的物質(zhì)；(3)酶的直接作用，微生物侵蝕材料制品部分成分進(jìn)而導(dǎo)致材料分解或氧化崩潰。可生物降解材料的特點(diǎn) 生物降解材料具有以下特點(diǎn)：(1)可與垃圾一起處理，也可制成堆肥回歸大自然；(2)因降解而使其體積減小，延長(zhǎng)填埋場(chǎng)使用壽命；(3)不存在普通塑料需要焚燒的問(wèn)題，可抑制二嗯英等有害氣體的排放；(4)可減少隨意丟棄對(duì)野生動(dòng)植物的危害；(5)儲(chǔ)存運(yùn)輸方便，只要保持干燥，不需避光；（6）應(yīng)用范圍廣，不但可以應(yīng)用于農(nóng)業(yè)和包裝行業(yè)，還可以廣泛應(yīng)用于醫(yī)療行業(yè)?？缮锝到獠牧系姆诸?生物可降解材料按降解機(jī)理和破壞方式

14、可分為6完全生物降解型和生物破壞性材料兩種。 完全生物降解材料 完全生物降解材料是指本身可以被細(xì)菌、真菌、放線菌等微生物全部分解的生物降解材料。它能在細(xì)菌或其水解酶作用下，最終分解成CO2 和水等物質(zhì)回歸自然，所以被稱為“綠色材料”。從制備方法上可分為3 種：微生物發(fā)酵法、化學(xué)合成和天然高分子共混。 微生物發(fā)酵法 微生物發(fā)酵法是指以有機(jī)物為碳源，通過(guò)微生物的發(fā)酵而得到的生物降解材料。主要以聚羥基脂肪酸酯類較多，聚烴基脂肪酸脂(PHA) 是由很多細(xì)菌合成的一種細(xì)胞內(nèi)聚酯，具有生物可降解性、生物相容性等許多優(yōu)良性能，在生物醫(yī)學(xué)材料、組織工程材料、緩釋材料、電學(xué)材料以及包裝材料等方面將發(fā)揮其重要的作

15、用。 美國(guó)寶潔公司已經(jīng)開(kāi)發(fā)成功了作為縫合線、無(wú)紡布和各種包裝用材料的PHA系列產(chǎn)品及其多種應(yīng)用。目前，PHA在全球的研究主要集中在利用其生物可降解性、生物相容性等特征，開(kāi)發(fā)在醫(yī)療、制藥、電子等高附加值領(lǐng)域的用途。PHB是一種硬而脆的熱塑性聚合物，其常溫下的力學(xué)性能與PP相當(dāng)，導(dǎo)致PHB這種力學(xué)性能的主要原因應(yīng)為結(jié)晶度和結(jié)晶形態(tài)?；瘜W(xué)合成法 化學(xué)合成高分子型降解材料是指利用化學(xué)方法合成制造的生物降解材料，大多是在分子結(jié)構(gòu)中引入能被微生物降解的含酯基結(jié)構(gòu)的脂肪族聚酯，目前具有代表性的工業(yè)化產(chǎn)品有聚己內(nèi)酯(PCL) 、聚琥珀酸丁二脂(PBS) 、聚乳酸(PLA) 、脂肪族聚酯/ 芳香族聚酯共聚物(C

16、PE) 等。 聚乳酸具有優(yōu)良的生物相容性和可吸收性，無(wú)毒、無(wú)刺激性，它在自然界中能完全分解為CO2和H2O，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，是目前最有前途的可生物降解的聚合物之一。聚乳酸用途廣泛，目前已被應(yīng)用于生物醫(yī)用高分子、紡織和包裝等行業(yè)。聚己內(nèi)酯(PCL)具有優(yōu)良的生物相容性、記憶性以及生物可降解性等，其產(chǎn)品多集中在醫(yī)療和日用方面，如矯正器、縫合線、繃帶、降解塑料等。天然高分子共混天然高分子生物降解材料是利用生物可降解的天然高分子如植物來(lái)源的生物物質(zhì)和動(dòng)物來(lái)源的甲殼質(zhì)等為基材制造的材料，以使產(chǎn)品具有降解性。植物來(lái)源包括細(xì)胞壁組成的纖維素、半纖維素、木質(zhì)素、淀粉、多糖類及碳?xì)浠衔?，?dòng)物來(lái)源主要是蝦、螃蟹等

17、甲殼動(dòng)物9。主要品種有PHB / PCL、糊化淀粉/ PCL、糊化淀粉/ PHBV 等。 此類降解材料原料來(lái)源豐富,可完全生物降解，而且產(chǎn)物安全無(wú)毒性，日益受到重視。然而，天然高分子材料雖具有完全生物降解性，但是它的熱學(xué)、力學(xué)性能差，不能滿足工程材料的性能要求，因此目前的研究方向是通過(guò)天然高分子改性，得到有使用價(jià)值的天然高分子降解材料。生物破壞性材料 生物破壞性材料是對(duì)材料水平而言的，主要是天然高分子與通用型合成高分子通過(guò)共混或共聚而制成的降解材料。其組合方式有以下幾種： (1) 用熔融和溶液共混的方法；(2) 將一種高分子材料分散于另一種高分子的水溶液中，形成懸浮體系，最后制成各種復(fù)合物；(

18、3) 將天然高分子材料分散或溶解在可進(jìn)行聚合反應(yīng)的體系中，進(jìn)行均聚和共聚合反應(yīng)，使體系中的單體聚合，得到含天然高分子的復(fù)合材料；(4) 將天然高分子在適當(dāng)?shù)臈l件(如酸性或堿性等)下進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕到?，并使降解后的分子鏈段與其它單體聚合反應(yīng)，從而制備具有生物降解性能的新型共聚物。下面將分述淀粉、纖維素、蛋白質(zhì)以及合成高分子通過(guò)共混或共聚而制成的降解材料作一個(gè)介紹。 4.2.1 淀粉基材料 淀粉作為一種天然高分子化合物，其來(lái)源廣泛，品種繁多，成本低廉，且能在各種自然環(huán)境下完全降解，最終分解為CO2 和H2O，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成任何污染，因而淀粉基降解材料成為國(guó)內(nèi)外研究開(kāi)發(fā)最多的一類生物降解材料。它可以通過(guò)

19、與其它高分子共混或者與單體共聚的方式得到淀粉基降解材料。 1973年，Griffin首次獲得淀粉表面改性填充材料的專利。到80年代，一些國(guó)家以Griffin的專利為背景，開(kāi)發(fā)出淀粉填充型生物降解材料。填充型淀粉材料又稱生物破壞性材料，其制造工藝是在通用材料中加入一定量的淀粉和其他少量添加劑，然后加工成型，淀粉含量不超過(guò)30%。填充型淀粉材料技術(shù)成熟，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，且對(duì)現(xiàn)有加工設(shè)備稍加改進(jìn)即可生產(chǎn), 因此目前國(guó)內(nèi)可降解淀粉材料產(chǎn)品大多為此類型。 加拿大St. Lawrence淀粉公司研究生產(chǎn)了一種改性淀粉Ecostar母粒，可與聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚乙烯醇和聚氨酯共混制成生物降解材料。美國(guó)

20、農(nóng)業(yè)部開(kāi)發(fā)的淀粉基材料是將含水40% - 60%的膠化淀粉加到EAA (乙烯丙烯酸) 中，混合而制成農(nóng)用地膜。美國(guó)Purde大學(xué)開(kāi)發(fā)淀粉接枝聚苯乙烯采用陽(yáng)離子聚合反應(yīng)，分子量和物性均能有效控制，其中含淀粉20% - 30%的淀粉接枝聚合物具有通常聚苯乙烯類似的性質(zhì)，可以用做瓶子、薄膜等。我國(guó)太原工業(yè)大學(xué)劉書(shū)福等研究了馬鈴薯淀粉與聚氯乙烯的接枝共聚，江西科學(xué)院應(yīng)用化學(xué)研究所用淀粉與苯乙烯接枝共聚制成淀粉基材料，吉林大學(xué)化學(xué)系和華東理工大學(xué)對(duì)改性淀粉降解膜進(jìn)行了探索。 纖維素基材料 纖維素基塑料也有兩種制備方法，一是共混，二是化學(xué)改性。典型的纖維素基材料制備方法有這么幾種：纖維素和殼聚糖的共混、纖

21、維素與蛋白質(zhì)的共混、纖維素與其衍生物的共混、纖維素和高分子單體共聚。半纖維素、木素等也可用共混以及化學(xué)改性方法制備纖維素基可降解材料，如日本京都大學(xué)用月桂酸處理木粉可制備得到淺褐色的生物降解材料。蛋白質(zhì)基材料蛋白質(zhì)雖然具有較好的生物降解能力，但熱性能和機(jī)械性能較差，用化學(xué)處理(包括共聚) 可改善其熱性能和機(jī)械性能。但這方面的研究仍處于基礎(chǔ)研究階段。蛋白質(zhì)體系研究主要是用明膠與高分子單體共聚，如Sudesh等研究明膠與己基丙烯酸酯共聚物。 可生物降解材料的應(yīng)用 生物降解材料是20世紀(jì)80年代后隨著環(huán)境、能源等矛盾的突出而發(fā)展起來(lái)的新型材料，可以部分代替通用塑料。目前，生物降解材料主要應(yīng)用在環(huán)保和

22、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。 在環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用 日本對(duì)水域環(huán)境中廢棄的漁網(wǎng)、漁船等進(jìn)行了專門(mén)的調(diào)查，1995年廢漁網(wǎng)達(dá)25萬(wàn)t，廢棄的漁船2.97萬(wàn)t，廢棄的聚苯乙烯9.6萬(wàn)t，此后的幾年還在大量增加，后兩項(xiàng)2000年已分別達(dá)到4.42萬(wàn)t和12.8萬(wàn)t10。這些廢棄物不被重視，危害性很大，因此生物降解材料在水域環(huán)境中的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用尤為重要。 目前使用的漁網(wǎng)材料大體可分為尼龍(PA)、聚乙烯(PE)和聚酯(PET)等。PA的使用歷史最長(zhǎng)，用量也最大。PE的價(jià)格雖然較高，但其強(qiáng)度大，因此很受歡迎。但PA和PE在水域環(huán)境中無(wú)法完全降解，造成了環(huán)境污染。近年來(lái)PCL的出現(xiàn)為生物降解材料在這一領(lǐng)域的應(yīng)用開(kāi)辟了新的途徑。

23、水域環(huán)境中使用的降解材料，廢棄后能在海洋中微生物分泌的酶的作用下，降解成為低分子化合物，該化合物最終參與微生物的新陳代謝，成為CO2和水。 食品容器和包裝行業(yè) 在包裝材料中，一次性使用的商品包裝和容器的用量非常大，是造成“白色污染”的主要源頭，因此用生物降解材料制成的食品袋、包裝袋、垃圾袋以及各種包裝容器等備受青睞。 生物降解包裝材料一般是將可降解的高分子聚合物加入到層壓膜中或直接與層壓材料共混成膜。食品包裝材料和容器一般要求能保證食品不腐爛、隔離氧氣且材料無(wú)毒。其中最具代表性的是PHB與PHV及其共聚物(商品名BIOPOL)，其物理性質(zhì)與PE和PP相近，且熱封性良好，B10POL用過(guò)后可生物

24、降解或被焚燒，兩者的耗氧量?jī)H相當(dāng)于其光合作用放入大氣的氧，處理后產(chǎn)生的CO2，即為光合作用攝入的全部CO2量，因此可認(rèn)為完全進(jìn)入生物循環(huán)。 在包裝材料中，研究較多的是利用淀粉、纖維素、甲殼素等天然高分子材料本身或經(jīng)改性制成食品容器和包裝塑料。例如，Bastioli c用聚合劑將直鏈淀粉重構(gòu)化，形成一種特殊的超分子結(jié)構(gòu)，這種物質(zhì)具有良好的加工性，同時(shí)生物降解速度快。英國(guó)Porvair公司開(kāi)發(fā)的聚氨酯玉米淀粉塑料性能特殊，降解速度快，淀粉添加量大(50)，能透氣，可以吹塑成薄膜，廣泛用于食品包裝。日本幸和工業(yè)株式會(huì)社開(kāi)發(fā)的聚乙烯醇一淀粉型生物降解塑料，作為包裝用的一次性緩沖材料，與普通聚苯乙烯緩沖

25、材料相比，其表觀密度稍高，遇水易溶解，為水溶性材料，高溫、高壓情況下易收縮。 最近，日本Unitika公司又成功地開(kāi)發(fā)出適用于發(fā)泡成型的高耐熱性PLA生物降解樹(shù)脂，該公司使用納米級(jí)分子設(shè)計(jì)及化學(xué)修飾技術(shù)，采用特殊的熔融混煉技術(shù)，成功地開(kāi)發(fā)出具有熔融張力、抗硬化的PLA。開(kāi)發(fā)的樹(shù)脂耐熱性超過(guò)12011。農(nóng)業(yè)方面 理想的農(nóng)用材料能與其他生物降解材料協(xié)同作用，從而轉(zhuǎn)化為提高土質(zhì)的材料。生物降解材料在農(nóng)業(yè)上主要用作農(nóng)用地膜和農(nóng)作物生長(zhǎng)容器。 農(nóng)用地膜農(nóng)用可生物降解地膜在國(guó)內(nèi)外都已經(jīng)得到了廣泛的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，如Tsuji H12等人用不同濃度的NaOH溶液對(duì)PCL和RPHB進(jìn)行處理，用凝膠滲透色譜、SEM

26、等觀察膜的降解。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)堿處理的PcL和RPHB在土壤中的降解能力顯著增強(qiáng)。Thn H H13研制的LDPE一淀粉摻混膜在土壤中埋藏50天后可被微生物降解。在國(guó)內(nèi)，北京塑料研究所用LDPE、LLDPE、HDPE等作為基礎(chǔ)原料并添加光降解劑，制作出含有N、P、K等多種化學(xué)物質(zhì)的生物降解濃縮母料，經(jīng)擠出吹塑制成厚度為0.005mm的可控降解地膜，該地膜已在國(guó)內(nèi)十幾個(gè)省市的近百畝農(nóng)田使用，取得了較好的效果。江西科學(xué)院應(yīng)化所采用流延法制造的淀粉聚乙烯醇降解膜厚度0.07mm，相對(duì)密度0.91，耐熱溫度135，用作降解地膜時(shí)與PE膜具有相似的保溫性能14。該地膜在接觸土壤1.53個(gè)月后，膜上就

27、有小孔出現(xiàn)，36個(gè)月后膜降解為碎片。 農(nóng)作物生長(zhǎng)容器農(nóng)作物生長(zhǎng)容器用于播種和移栽樹(shù)苗、花卉、蔬菜以及盆景。如果容器不用生物降解材料，在移栽之前必須將其去除才能使農(nóng)作物根系快速生長(zhǎng)，而且農(nóng)作物裸根易受損，很難用機(jī)械栽插；而生物降解性容器在栽種時(shí)保護(hù)了根系，成活率高，用這種方法種植和移栽可以降低成本，移栽季節(jié)延長(zhǎng)，成活率提高。研究發(fā)現(xiàn)15，以PCL為主要成分的農(nóng)作物生長(zhǎng)容器，在土壤中會(huì)發(fā)生明顯的生物降解，6個(gè)月后失重48，一年后失重約95。 生物降解材料還可作為草皮種植片、堆肥用袋以及農(nóng)用藥物的控釋材料來(lái)使用。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用 醫(yī)用材料不僅要有療效，更重要的是安全、無(wú)毒、無(wú)刺激性，與人體有良好的生

28、物相容性。醫(yī)用生物降解材料是指完成醫(yī)療功能后，可被生物體內(nèi)的溶解酶分解而吸收。生物降解材料已被廣泛用于外科手術(shù)縫合線、人造皮膚、骨固定材料和體內(nèi)藥物緩釋劑等。生物降解材料發(fā)展面臨的問(wèn)題 近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外可生物降解材料得到了很快的發(fā)展。尤其是一次性使用材料制品，如可降解食品包裝袋、飲料瓶、農(nóng)用薄膜等已實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。但是目前可生物降解材料的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用還存在以下的一些問(wèn)題： (1)市場(chǎng)應(yīng)用。由于生產(chǎn)可降解材料的成本偏高，造成其在市場(chǎng)中價(jià)格偏高，這樣就給可降解材料的推廣造成了很大的影響。 (2)技術(shù)與工藝。與傳統(tǒng)塑料相比，可降解材料存在抗水性差、力學(xué)性能差和加工性能差的問(wèn)題，很難滿足工業(yè)化生產(chǎn)要求。另外，降解材料準(zhǔn)確的降解時(shí)控性，用后快速降解性、徹底降解性以及邊角料的回收利用技術(shù)等還有待進(jìn)一步提高和完善。 (3)降解材料的標(biāo)準(zhǔn)及試驗(yàn)評(píng)價(jià)方法。對(duì)生物降解材料，世界上尚沒(méi)有統(tǒng)一的試驗(yàn)評(píng)價(jià) 方法，識(shí)別標(biāo)志和產(chǎn)品檢測(cè)技術(shù)，致使缺乏正確統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)和確切的評(píng)價(jià)，產(chǎn)品市場(chǎng)比較混亂，真假難辯。 可生物降解材料的前景展望 近年來(lái)，隨著原料生產(chǎn)和制品加工技術(shù)的進(jìn)步，可生物降解材料