安徽工业大学-环境材料学-第十三章-环境降解材料

1、2022-2-31第十三章第十三章 环境降解材料环境降解材料 2内容要点内容要点 环境降解材料的概念及研究开发的必要性环境降解材料的概念及研究开发的必要性* *环境降解塑料的类型（环境降解塑料的类型（* *光降解、生物降解及光降解、生物降解及光生物双降解光生物双降解）环境降解塑料应用及存在问题环境降解塑料应用及存在问题 3 材料在自然环境作用下，经过自然吸收、材料在自然环境作用下，经过自然吸收、消化、分解，从而不产生固体废弃物的一消化、分解，从而不产生固体废弃物的一类材料称之为类材料称之为环境降解材料环境降解材料 如某些天然的木材、植物，某些人工合如某些天然的木材、植物，某些人工合成的塑料，它

2、们都是降解材料。但目前的成的塑料，它们都是降解材料。但目前的研究主要集中在对研究主要集中在对塑料的降解上塑料的降解上。 4Applications of the three Applications of the three statesstatesTbTgTfTdTgTf7.1.1 7.1.1 塑料是什么？塑料是什么？7.1 7.1 塑料基本知识及潜在危害塑料基本知识及潜在危害 5n一般塑料的一般塑料的TgTg远高于室温，例如聚氯乙烯为远高于室温，例如聚氯乙烯为7878，聚，聚苯乙烯为苯乙烯为100100，聚甲基丙烯酸甲酯为，聚甲基丙烯酸甲酯为105105。因而在。因而在室温下均可制成塑料制

3、品。室温下均可制成塑料制品。n橡胶的橡胶的TgTg通常均在零度以下。例如天然橡胶为通常均在零度以下。例如天然橡胶为-73-73，聚异丁烯橡胶为聚异丁烯橡胶为-70-70，聚丁二烯合成橡胶为，聚丁二烯合成橡胶为-85-85，由于由于TgTg很低，所以即使在严寒的冬天也不会失去弹性。很低，所以即使在严寒的冬天也不会失去弹性。塑料塑料是以树脂为主要成分，在一定温度和压力下塑造成是以树脂为主要成分，在一定温度和压力下塑造成一定形状，并在常温下能保持既定形状的高分子有机材料。一定形状，并在常温下能保持既定形状的高分子有机材料。 6 塑料材料具有许多优异的特性塑料材料具有许多优异的特性, ,因此它被广泛应

4、用于因此它被广泛应用于国民经济的各个领域，国民经济的各个领域，尤其是一次性使用塑料制品，如尤其是一次性使用塑料制品，如食品包装袋、饮料瓶、农用薄膜等的广泛使用。食品包装袋、饮料瓶、农用薄膜等的广泛使用。普通塑料如普通塑料如聚乙烯，聚丙烯，聚苯乙烯，聚氯乙烯约聚乙烯，聚丙烯，聚苯乙烯，聚氯乙烯约占全部塑料产量的占全部塑料产量的8080，尤以聚乙烯的产量最大，它们，尤以聚乙烯的产量最大，它们在自然环境下很稳定，不易腐烂，对环境造成了极大污在自然环境下很稳定，不易腐烂，对环境造成了极大污染。染。 塑料应用及潜在的危害：塑料应用及潜在的危害： 7n据据2008年的数据，我国仅年的数据，我国仅PE膜的总

5、产量就为膜的总产量就为1073万吨万吨。其中大约。其中大约220万吨（约万吨（约20.5%） 用于食品包装，约用于食品包装，约483万吨（约万吨（约45%）用于各种大小的塑料袋，约）用于各种大小的塑料袋，约255万吨（约万吨（约23.8%）用于农膜，约用于农膜，约52吨（约吨（约4.8%）用于拉伸膜，虽然小但是增长快，约）用于拉伸膜，虽然小但是增长快，约63吨（约吨（约5.9%）用于其它应用。用于其它应用。 目前，全世界每年塑料产量达目前，全世界每年塑料产量达2.5亿吨亿吨，2010年，我国塑料制品产量为年，我国塑料制品产量为5830万吨，消万吨，消费量超过费量超过5600万吨，其中，用于包装

6、的塑料薄膜以及农用地膜这类不易回收利用的万吨，其中，用于包装的塑料薄膜以及农用地膜这类不易回收利用的塑料制品年产量已经超过塑料制品年产量已经超过700万吨，泡沫塑料年产量已超过万吨，泡沫塑料年产量已超过200万吨，每年有万吨，每年有500万吨万吨塑料废弃物作为垃圾废弃。塑料废弃物作为垃圾废弃。 8 9 处理废弃塑料的主要方法：处理废弃塑料的主要方法：n 焚烧，焚烧， 在野外或利用专用设备焚烧处理掉在野外或利用专用设备焚烧处理掉; ;n 掩埋，掩埋， 深挖深埋深挖深埋; ;n 回收利用，作为热能、化学原料和原材料进行回收回收利用，作为热能、化学原料和原材料进行回收. . 10以上方法都有缺点：以

7、上方法都有缺点： 焚烧时产生的气体不仅污染大气，而且容易腐蚀设备；焚烧时产生的气体不仅污染大气，而且容易腐蚀设备； 掩埋需占用大量土地，对我们这样人多地少的国家尤其掩埋需占用大量土地，对我们这样人多地少的国家尤其不适用，而且易造成土壤和地下水的污染；不适用，而且易造成土壤和地下水的污染； 目前回收成本偏高目前回收成本偏高, , 混有塑料的生活垃圾不适用于堆肥混有塑料的生活垃圾不适用于堆肥处理，分拣出来的废塑料也因无法保证质量而很难回收利处理，分拣出来的废塑料也因无法保证质量而很难回收利用用 11 传统的包装材料主要成分是聚乙烯传统的包装材料主要成分是聚乙烯( PE) ( PE) 、聚氯乙烯、聚

8、氯乙烯(PVC) (PVC) 和聚偏二氯乙烯和聚偏二氯乙烯( PVDC) ( PVDC) ，它们在生产过程中都添加，它们在生产过程中都添加了一定量的了一定量的增塑剂增塑剂, ,如如邻苯二甲酸二辛酯邻苯二甲酸二辛酯(DOP)(DOP) 。 增塑剂对人体的危害要比预计高的多增塑剂对人体的危害要比预计高的多, ,长期接触增塑剂长期接触增塑剂 会对人的内分泌系统和中枢神经系统造成伤害。会对人的内分泌系统和中枢神经系统造成伤害。 PVC PVC 和和PVDC PVDC 在使用过程中遇油、高温会释放出氯乙烯单体在使用过程中遇油、高温会释放出氯乙烯单体 , ,氯代氯代烃已被证实具有致癌作用。烃已被证实具有致

9、癌作用。 12 大量的塑料废弃物留在公共场所和海洋中，或残留在耕地的大量的塑料废弃物留在公共场所和海洋中，或残留在耕地的土层中。土层中。 这些塑料垃圾影响市容、危害环境，形成巨大的这些塑料垃圾影响市容、危害环境，形成巨大的“白色污染白色污染”源，造成土壤板结、水质恶化，妨碍动植物生长，危及人类健源，造成土壤板结、水质恶化，妨碍动植物生长，危及人类健康和生存康和生存，成为世界性公害，成为世界性公害。 因此从环境保护和经济价值两方面考虑，研究和发展因此从环境保护和经济价值两方面考虑，研究和发展可降可降解塑料解塑料是塑料发展的必然趋势。是塑料发展的必然趋势。 意大利、丹麦、瑞士、瑞典及美国的一些州已

10、立法，意大利、丹麦、瑞士、瑞典及美国的一些州已立法，禁止禁止使用那些使用那些“短期使用短期使用”的非降解塑料的非降解塑料，对使用者加以附加税。，对使用者加以附加税。我国的一些城市也已作出规定，我国的一些城市也已作出规定，禁止使用非降解的一次性快餐禁止使用非降解的一次性快餐盒盒。 13环境降解塑料环境降解塑料是指一类其制品的各项性能是指一类其制品的各项性能可满足使用要求可满足使用要求, , 在保存期内性能不变在保存期内性能不变, , 而而使用后在自然环境条件下使用后在自然环境条件下, , 能降解成对环境能降解成对环境无害的物质的塑料。无害的物质的塑料。6.2 6.2 降解塑料的主要类型降解塑料的

11、主要类型 14环境降解塑料环境降解塑料光降解塑料光降解塑料生物降解塑料生物降解塑料化学降解塑料化学降解塑料双降解塑料双降解塑料热氧降解塑料、避光继续氧化降解塑料热氧降解塑料、避光继续氧化降解塑料合成高分子型合成高分子型添加型光降解塑料添加型光降解塑料化学合成型高分子化学合成型高分子微生物合成型微生物合成型天然高分子型天然高分子型填充型填充型水降解型水降解型溶剂降解型溶剂降解型光光-生物双降解生物双降解 氧化氧化- -生物双降解生物双降解生物生物-化学双降解化学双降解光光-化学双降解化学双降解 15 光降解塑料光降解塑料是指该塑料在日光照射下发生裂化分解是指该塑料在日光照射下发生裂化分解反应，使

12、材料于日光照射后一段时间内失去机械强度，反应，使材料于日光照射后一段时间内失去机械强度，达到分解的目的。达到分解的目的。 6.2.1 6.2.1 光降解塑料光降解塑料 常用的塑料，如聚乙烯常用的塑料，如聚乙烯(PE)(PE)等受光的照射不能发生等受光的照射不能发生分解。这是因为照射到地球表面的分解。这是因为照射到地球表面的波长为波长为290-400nm290-400nm的近的近紫外光紫外光的光能比共价键的离解能小得多的光能比共价键的离解能小得多。但如果某种塑。但如果某种塑料料含有醛、酮等羰基以及双键含有醛、酮等羰基以及双键，就能吸收光能，进而引，就能吸收光能，进而引起降解。起降解。 如果要使聚

13、乙烯发生降解，可在聚乙烯基材中添加如果要使聚乙烯发生降解，可在聚乙烯基材中添加光敏剂，由光敏剂吸收更大的光能后产生自由基，然后光敏剂，由光敏剂吸收更大的光能后产生自由基，然后促使其发生氧化反应而降解。促使其发生氧化反应而降解。 16光降解塑料的制备方法有两种：光降解塑料的制备方法有两种：n 一种是把含有发色基团的一种是把含有发色基团的光敏化物质或光分解剂光敏化物质或光分解剂混入混入聚合物材料中聚合物材料中, , 如如金属氧化物、盐、有机金属化合物、多金属氧化物、盐、有机金属化合物、多核芳香化合物、羰基化合物等核芳香化合物、羰基化合物等, , 由这些物质吸收光能后由这些物质吸收光能后( (主主要

14、是紫外线要是紫外线) ) 产生自由基产生自由基, , 或者将激发态能量传递给聚合或者将激发态能量传递给聚合物材料使其产生自由基物材料使其产生自由基, , 然后促使高分子材料发生氧化反然后促使高分子材料发生氧化反应达到劣化的目的。应达到劣化的目的。 17 18n 另一种方法是将适当的另一种方法是将适当的光敏感基团光敏感基团( (如一如一c co)o)引入高分子引入高分子结构中结构中而赋予高分子材料光降解的特性。而赋予高分子材料光降解的特性。 目前合成的光降解聚合物目前合成的光降解聚合物, , 主要是烯烃和一氧化碳或烯主要是烯烃和一氧化碳或烯酮类单体的共聚物酮类单体的共聚物, ,这样就可以得到这样

15、就可以得到含有羰基结构含有羰基结构可以发生光可以发生光降解的降解的PEPE、PPPP、PVCPVC、PETPET、PAPA等等. . 19 生物降解塑料生物降解塑料是指一类由自然界存在的微生物如细是指一类由自然界存在的微生物如细菌、霉菌（真菌）和藻类的作用而引起降解的塑料。菌、霉菌（真菌）和藻类的作用而引起降解的塑料。6.2.2 6.2.2 生物降解塑料生物降解塑料 理想的生物降解塑料理想的生物降解塑料是一种具有优良的使用性能、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界中碳素循环的一个组成部分的高分子材料。自

16、然界中碳素循环的一个组成部分的高分子材料。 20 根据降解破坏的最终形式，生物降解塑料可分为根据降解破坏的最终形式，生物降解塑料可分为完全生物完全生物降解塑料降解塑料和和生物破坏性生物破坏性( (或称崩溃性或称崩溃性) )塑料塑料两种。两种。 完全生物降解塑料完全生物降解塑料在微生物作用下，在一定时间内完全分解在微生物作用下，在一定时间内完全分解为二氧化碳和水等小分子化合物，主要是由天然高分子（如淀为二氧化碳和水等小分子化合物，主要是由天然高分子（如淀粉、纤维素、甲壳质）或农副产品经微生物发酵或合成具有生粉、纤维素、甲壳质）或农副产品经微生物发酵或合成具有生物降解性的高分子制得，如热塑性淀粉塑

17、料、脂肪族聚酯、聚物降解性的高分子制得，如热塑性淀粉塑料、脂肪族聚酯、聚乳酸、淀粉乳酸、淀粉/ /聚乙烯醇等均属这类塑料。聚乙烯醇等均属这类塑料。 生物破坏性塑料生物破坏性塑料则仅分解为散乱碎片。包括淀粉基塑料（淀则仅分解为散乱碎片。包括淀粉基塑料（淀粉改性（或填充）聚乙烯粉改性（或填充）聚乙烯PEPE、聚丙烯、聚丙烯PPPP、聚氯乙烯、聚氯乙烯PVCPVC、聚苯乙、聚苯乙烯烯PSPS等）、纤维素基塑料（与壳聚糖、蛋白质等共混）、蛋白等）、纤维素基塑料（与壳聚糖、蛋白质等共混）、蛋白质基塑料（明胶与乙基丙烯酸酯共聚）。质基塑料（明胶与乙基丙烯酸酯共聚）。 21无机生物材料聚羟基脂聚羟基脂肪酸酯

18、肪酸酯淀粉淀粉聚乳酸聚乳酸聚己聚己内酯内酯聚丁二聚丁二酸丁二酸丁二醇酯醇酯五大热门可降五大热门可降解材料解材料近年来比较活跃近年来比较活跃最理想的生物可降解材料是利用可再最理想的生物可降解材料是利用可再生资源，即利用生物合成的方法得到生资源，即利用生物合成的方法得到的生物材料。这种生物材料可以被生的生物材料。这种生物材料可以被生物所重新利用，能够降解，产物最好物所重新利用，能够降解，产物最好是二氧化碳和水，从而使这种材料的是二氧化碳和水，从而使这种材料的生产和使用纳入自然界的循环。生产和使用纳入自然界的循环。生物降解材料的种类生物降解材料的种类 22无机生物材料 淀粉及其衍生物因为生物降解性好

19、，价格低廉而被改性作为淀粉及其衍生物因为生物降解性好，价格低廉而被改性作为填充塑料的重点，并且其接枝物在很多方面具有广泛的应用前填充塑料的重点，并且其接枝物在很多方面具有广泛的应用前景。景。 利用植物中的淀粉、纤维素和木质素等，以及利用动物中的利用植物中的淀粉、纤维素和木质素等，以及利用动物中的壳聚糖、氨基葡聚糖、动物胶，以及海洋生物的藻类等，可制壳聚糖、氨基葡聚糖、动物胶，以及海洋生物的藻类等，可制造有价值的生物可降解聚合物。造有价值的生物可降解聚合物。 高含量淀粉基聚合物则可以做为完全生物降解型聚合物。因高含量淀粉基聚合物则可以做为完全生物降解型聚合物。因而，将淀粉改性后，与而，将淀粉改性

20、后，与聚己内酯等聚己内酯等合成的降解聚合物共混，以合成的降解聚合物共混，以此来提高材料的降解性和力学性能，已经成为当前生物降解材此来提高材料的降解性和力学性能，已经成为当前生物降解材料研究的热点之一。料研究的热点之一。（1 1）淀粉及其它天然聚合物）淀粉及其它天然聚合物 23无机生物材料23环保玉米淀粉牙签环保玉米淀粉牙签 淀粉的用途十分广泛淀粉的用途十分广泛, ,可制作粘胶可制作粘胶, ,塑料塑料, ,食品等食品等多种产品。如名菜猪肉炖多种产品。如名菜猪肉炖粉条是用红薯淀粉做的，粉条是用红薯淀粉做的，龙口粉丝是用绿豆淀粉做龙口粉丝是用绿豆淀粉做的。淀粉牙签一般是用玉的。淀粉牙签一般是用玉米和

21、绿豆的淀粉制成。米和绿豆的淀粉制成。 淀粉牙签淀粉牙签经济环保，经济环保，能避免大量森林资源被砍能避免大量森林资源被砍伐，它是国际绿色工业浪伐，它是国际绿色工业浪潮的必然产物，具有很强潮的必然产物，具有很强的市场潜力和竞争力。的市场潜力和竞争力。 24n据统计，每年约超过据统计，每年约超过1 1亿吨亿吨甘蔗甘蔗用来制作白糖，而用来制作白糖，而产出的甘蔗渣占据其中的三成，这是一笔相当可产出的甘蔗渣占据其中的三成，这是一笔相当可观的可回收资源。观的可回收资源。 25n这面墙的装饰是由这面墙的装饰是由WallArtWallArt用甘蔗渣作材料制成用甘蔗渣作材料制成的，回收率达的，回收率达100%10

22、0%，不仅提供了生态友好的，不仅提供了生态友好的3D3D墙墙壁效果，而且完全可生物降解。壁效果，而且完全可生物降解。 26 由生物合成的聚乳酸可作为天然生物材料，由生物合成的聚乳酸可作为天然生物材料，它是由生物发酵产生的乳酸经人工化学合成它是由生物发酵产生的乳酸经人工化学合成而得到的聚合物，但仍保持着良好的生物相而得到的聚合物，但仍保持着良好的生物相容性和生物可降解性，具有与聚酯相似的防容性和生物可降解性，具有与聚酯相似的防渗透性，同时具有与聚苯乙烯相似的光泽度、渗透性，同时具有与聚苯乙烯相似的光泽度、透光性和加工性。透光性和加工性。无机生物材料2626（2 2）聚乳酸玉米塑料）聚乳酸玉米塑料

23、 27 聚乳酸聚乳酸“玉米塑料玉米塑料” 解决石油解决石油危机的明灯危机的明灯玉米、小麦、玉米、小麦、木薯等一些植木薯等一些植物中提取的淀物中提取的淀粉为最初原料粉为最初原料 28乳酸乳酸即即2-2-羟基丙酸：羟基丙酸： 合成：合成： 29生物降解：生物降解： 不会对环境产生污染不会对环境产生污染, ,因而是一种完全自然循环型的可因而是一种完全自然循环型的可生物降解材料。生物降解材料。 30淀粉淀粉乳酸乳酸植物光合作用植物光合作用COCO2 2和水和水乳酸乳酸聚乳酸聚乳酸塑料制品塑料制品聚乳酸废弃物聚乳酸废弃物发酵发酵聚合聚合酶水解酶水解微生物微生物代谢代谢阳阳光光生物降解塑料生物降解塑料又称

24、为生态塑又称为生态塑料料 31聚乳酸应用：聚乳酸应用：无机生物材料聚乳酸包装袋聚乳酸包装袋31 32聚乳酸薄膜生产线聚乳酸薄膜生产线 33聚乳酸纺织品聚乳酸纺织品n聚乳酸纤维是由聚乳酸树聚乳酸纤维是由聚乳酸树脂经常规纺丝工艺制得的脂经常规纺丝工艺制得的生物合成纤维，其生物合成纤维，其物理性物理性能接近锦纶和涤纶，透气能接近锦纶和涤纶，透气性和手感都好于涤纶，不性和手感都好于涤纶，不易起静电，具有生物相容易起静电，具有生物相容性、舒适性好，性、舒适性好，可制成复可制成复丝、单丝、短纤维、针织丝、单丝、短纤维、针织物、非织造布等。用聚乳物、非织造布等。用聚乳酸纤维制备的酸纤维制备的内衣具有宽内衣具

25、有宽松舒适、透气、导湿吸汗松舒适、透气、导湿吸汗等优点等优点, ,好似人体的第二层好似人体的第二层皮肤皮肤。 34 丰富的丰富的PLAPLA制品制品 35 36n聚乳酸聚乳酸(PLA)(PLA)壁纸壁纸 37聚乳酸人造皮肤聚乳酸人造皮肤聚乳酸导管支架聚乳酸导管支架无机生物材料 38组织工程耳朵组织工程耳朵组织工程支架示意图组织工程支架示意图无机生物材料 39n聚羟基脂肪酸酯聚羟基脂肪酸酯( (PHAPHA，polyhydroxyalkanoates)polyhydroxyalkanoates)，是近，是近2020多年迅速发展起来的生物多年迅速发展起来的生物高分高分子材料子材料，是很多微生物合成

26、的一种，是很多微生物合成的一种细胞内聚酯细胞内聚酯，是一种天然的高分子生物材料。，是一种天然的高分子生物材料。n因为因为PHAPHA同时具有良好的生物相容性能同时具有良好的生物相容性能 生物可降解性和塑料的热加工性能。可作为生物生物可降解性和塑料的热加工性能。可作为生物医用材料和生物可降解医用材料和生物可降解包装材料包装材料。PHAPHA还具有非线性光学性还具有非线性光学性 压电性压电性 气体相隔性等很多气体相隔性等很多高附加值性能。高附加值性能。 （3）聚羟基烷酸酯根据组成根据组成PHAPHA分成两大类分成两大类: :一类是短链一类是短链PHA(PHA(单体为单体为C3-C5)C3-C5)，

27、一类是中长链，一类是中长链PHA(PHA(单体为单体为C6-C14)C6-C14) 40PHA结构多元化可通过改变菌种 给料 发酵过程实现 41 42 PHA PHA生产的另一条可行的途径是利用转基因植生产的另一条可行的途径是利用转基因植物来实现。物来实现。n采用基因遗传技术采用基因遗传技术将能产生聚合物的生物基因植入油将能产生聚合物的生物基因植入油菜籽菜籽，这种油菜籽生长成的油菜，这种油菜籽生长成的油菜，种子和叶片均含有种子和叶片均含有大量的聚合物大量的聚合物，将这种物质提炼后，即可加工成各种，将这种物质提炼后，即可加工成各种家用塑料制品及塑料管道。家用塑料制品及塑料管道。nPHAPHA在植

28、物中的合成，可以利用光能消耗二氧化碳，成在植物中的合成，可以利用光能消耗二氧化碳，成为一种可持续为一种可持续 可再生的材料生产方式。现在可再生的材料生产方式。现在已在烟已在烟草草 马铃薯马铃薯 棉花棉花 油菜油菜 玉米玉米 苜蓿等植物中实现苜蓿等植物中实现了包括了包括 PHBPHB PHBVPHBV以及中长链以及中长链PHAPHA等不同等不同PHAPHA的合成。的合成。 43n目前目前PHAPHA的价格还很难和石油化工塑料相竞争，而的价格还很难和石油化工塑料相竞争，而聚丙聚丙稀的价格低于稀的价格低于1 1美元美元/kg/kg，而一些，而一些最便宜的生物可降解最便宜的生物可降解塑料的价格为塑料的

29、价格为3-63-6美元美元 /Kg/Kg，而当今理想的，而当今理想的PHBPHB的生产的生产成本为成本为4 4美元美元/kg/kg，随着规模的扩大，生产成本将进一，随着规模的扩大，生产成本将进一步降低，但很难达到步降低，但很难达到2-32-3美元美元/kg/kg，这主要是由于细菌，这主要是由于细菌发酵底物成本所决定。发酵底物成本所决定。 n但通过转基因植物的但通过转基因植物的PHAPHA合成，有望将合成，有望将PHAPHA的成本大大的成本大大降低，因为植物利用二氧化碳和太阳能生产植物油和降低，因为植物利用二氧化碳和太阳能生产植物油和淀粉的成本分别为淀粉的成本分别为0.5-10.5-1美元美元/

30、kg/kg和和0.250.25美元美元/kg/kg，另外，另外植物中植物中PHAPHA的提取过程也有了较好的研究，提取成本不的提取过程也有了较好的研究，提取成本不高于细菌中高于细菌中PHAPHA的提取成本。的提取成本。 44（4 4）聚丁二酸丁二醇酯（）聚丁二酸丁二醇酯（PBSPBS）n又名聚琥珀酸丁二酯又名聚琥珀酸丁二酯。由丁二酸和丁二醇经缩合聚合由丁二酸和丁二醇经缩合聚合合成而得，树脂呈乳白色，无嗅无味，易被自然界的合成而得，树脂呈乳白色，无嗅无味，易被自然界的多种微生物或动植物体内的酶分解、代谢，最终分解多种微生物或动植物体内的酶分解、代谢，最终分解为二氧化碳和水，是典型的可完全生物降解

31、聚合物材为二氧化碳和水，是典型的可完全生物降解聚合物材料。料。 耐热性能好，热变形温度和制品使用温度可以超过耐热性能好，热变形温度和制品使用温度可以超过100100。其合成原料来源既可以是石油资源，也可以通。其合成原料来源既可以是石油资源，也可以通过生物资源发酵得到过生物资源发酵得到 45n聚己内酯聚己内酯( PCL ) ( PCL ) 是一种热塑性聚合物是一种热塑性聚合物, n , n 大约在大约在100100和和10001000之间。可通过之间。可通过己内酯的开环聚合己内酯的开环聚合反应而得到反应而得到, , 开环开环聚合需要加入催化剂辛酸亚锡聚合需要加入催化剂辛酸亚锡, , 引发剂醇类物

32、质、水等。引发剂醇类物质、水等。nPCLPCL是一种半结晶型聚合物，其熔点为是一种半结晶型聚合物，其熔点为59596464，玻璃化，玻璃化温度为温度为-60-60。缺点：熔点低，只有缺点：熔点低，只有6060，而且在，而且在40 40 时时, , 就会变得很软就会变得很软, ,故用作模制材料时受到限制。故用作模制材料时受到限制。(C6H10O2)n （3 3）聚己内酯）聚己内酯( PCL )( PCL ) 46PCLPCL有自己的许多优点：有自己的许多优点：其结构重复单元上有其结构重复单元上有5 5个非极性亚甲基个非极性亚甲基CHCH2 2 和一个极性和一个极性酯基酯基COOCOO， 这样的结

33、构使得这样的结构使得PCLPCL具有很好的柔韧性和具有很好的柔韧性和加工性，同时这种材料具有很好的生物相容性加工性，同时这种材料具有很好的生物相容性, ,使之具有使之具有作为手术缝合线、医疗器械的功能。作为手术缝合线、医疗器械的功能。分子结构中引入了酯基结构分子结构中引入了酯基结构COOCOO，在自然界中酯基结，在自然界中酯基结构易被微生物或酶分解，最终产物为构易被微生物或酶分解，最终产物为COCO2 2和和H H2 2O.O.与其他通用的合成塑料具有较好的相容性与其他通用的合成塑料具有较好的相容性, , 易与其它聚易与其它聚合物共混改性。与淀粉等物质共混，可制得完全生物降合物共混改性。与淀粉

34、等物质共混，可制得完全生物降解材料。解材料。COOCH2CH2CH2CH2CH2CH2 47 光光- -生物双降解塑料即是在光和生物双重作用下具有生物双降解塑料即是在光和生物双重作用下具有协同降解效果的塑料。这种塑料所以能够双降解，关键协同降解效果的塑料。这种塑料所以能够双降解，关键决定于它的整体材料中加有决定于它的整体材料中加有两种诱发剂两种诱发剂，即在材料中掺，即在材料中掺混有混有生物降解剂淀粉生物降解剂淀粉，还掺有诱发光化学反应的，还掺有诱发光化学反应的可控光可控光降解的光敏剂降解的光敏剂或被人称之为或被人称之为“定时器定时器”的的复配光敏剂复配光敏剂以以及自动氧化剂等及自动氧化剂等助降

35、解剂助降解剂。 这种方法这种方法不仅克服了无光或光照不足时不易降解和不仅克服了无光或光照不足时不易降解和降解不彻底的缺陷，还克服了生物降解塑料加工复杂，降解不彻底的缺陷，还克服了生物降解塑料加工复杂，成本太高不易推广的弊端成本太高不易推广的弊端。6.2.3 6.2.3 光光- -生物双降解塑料生物双降解塑料 48其中可控光降解的光敏剂在规定的诱导期之前不使塑其中可控光降解的光敏剂在规定的诱导期之前不使塑料降解，具有理想的可控光分解曲线，在诱导期内力料降解，具有理想的可控光分解曲线，在诱导期内力学性能保持在学性能保持在(80(80) ) 以上，达到使用期后，力学性能以上，达到使用期后，力学性能迅

36、速下降。迅速下降。而且它还可以通过调整其间的浓度比，使塑料定时分而且它还可以通过调整其间的浓度比，使塑料定时分解成碎片，接着在自动氧化剂和微生物对淀粉的共同解成碎片，接着在自动氧化剂和微生物对淀粉的共同作用下，此种材料将很快的被分解。比如过氧化异丙作用下，此种材料将很快的被分解。比如过氧化异丙苯（苯（DCPDCP），能够促使低分子量组份所生成的极性基团），能够促使低分子量组份所生成的极性基团分解而加速劣化，与土壤中有机金属盐作用，对生物分解而加速劣化，与土壤中有机金属盐作用，对生物降解塑料会降解塑料会. . 49 光光- -生物双降解塑料的制备与加工（三步）：生物双降解塑料的制备与加工（三步）

37、：第一步在低于增塑剂沸点（一般第一步在低于增塑剂沸点（一般120120170170C C）的）的 情况下情况下将将解体剂解体剂放入挤出机或混炼机中放入挤出机或混炼机中与淀粉混合与淀粉混合，导致，导致淀粉淀粉解体改性解体改性。这种解体剂是由脲、交联剂、碱或碱土金属。这种解体剂是由脲、交联剂、碱或碱土金属氢氧化物及高沸点的增塑剂组成。氢氧化物及高沸点的增塑剂组成。第二步是将第二步是将光敏剂（金属盐类）、自动氧化剂、生物降光敏剂（金属盐类）、自动氧化剂、生物降解促进剂等解促进剂等与解体改性淀粉和与解体改性淀粉和一定量的树脂一定量的树脂一起混合均一起混合均匀后挤出形成匀后挤出形成降解母料降解母料。第三

38、步是将降解母料与所用树脂及其它助剂共同第三步是将降解母料与所用树脂及其它助剂共同混合均混合均匀后挤出匀后挤出。 50 6.2.4 6.2.4 氧化氧化- -生物双降解塑料生物双降解塑料 51n氧化氧化- -生物降解塑料（生物降解塑料（生物降解助剂生物降解助剂 + + 普通普通PEPE）基于催化剂原理，基于催化剂原理，初期的初期的PEPE聚合物链断裂是由聚合物链断裂是由氧化作用引发的氧化作用引发的，比如热，机械应力和阳光。，比如热，机械应力和阳光。优点是价格不贵，可以被用于普通聚合物（比优点是价格不贵，可以被用于普通聚合物（比如如PEPE， PPPP， PVCPVC）。）。n不改变聚合物比如不改

39、变聚合物比如PEPE的加工过程，产品寿命周的加工过程，产品寿命周期和分解时间可以控制。缺点是分解速度相对期和分解时间可以控制。缺点是分解速度相对较慢，可能不能符合某些国家目前关于工业化较慢，可能不能符合某些国家目前关于工业化混合肥料的规定。混合肥料的规定。 52Tesco adopts 100% degradable plastic bags加拿大加拿大EPIEPI公司开发的氧化公司开发的氧化- -生物降解塑料添加剂技术应用于生物降解塑料添加剂技术应用于传统聚烯烃塑料制品。传统聚烯烃塑料制品。 53 54Mechanism: Oxo-biodegradation of a plastic ABC300,000100,00030,000average molecular weight Oxidative Degradation Biode