塑料的生物降解市公开课金奖市赛课一等奖课件

1、塑料生物降解第1页生物降解一、定义生物降解:通惯用于描述去除一个化合物，最为理想是将潜在有毒物质转化为无毒物质过程。生物修复：近几年发展起来术语，是指利用生物降解反应实际去除一个或各种化合物。第2页二、区分定义生物转化：从技术上来看同新陈代谢意思相同，不过主要用于描述对外来化合物生物转化。 eg：哺乳动物体内药品或致癌物转化以及原核生物体内环境污染物转化。生物催化：与生物转化相同，只是在代谢基础上又增加了制造有用化合物含义。第3页生物降解和生物催化是经过生物转化反应和催化这些反应酶而紧密联络在一起。第4页三、地球上生物降解开端生物降解和生物催化与生命本身一样久远。热力学上有利化学反应使一个或多

2、个分子转化为热力学上更简单分子。微生物产生脂酶、蛋白酶、纤维素酶和木质素酶降解活生物或其死后残体。现在普遍认为光合作用是地球表面最主要进化，它促使更多生物量产生，从而能够生物降解更多分子。第5页生活中观察到生物降解现象第6页塑料一、定义塑料为合成高分子化合物，又可称为高分子或巨分子(macromolecules)，也是普通所俗称塑料(plastics)或树脂(resin)，能够自由改变形体样式。是利用单体原料以合成或缩合反应聚合而成材料，由合成树脂及填料、增塑剂、稳定剂、润滑剂、色料等添加剂组成。依据美国材料试验协会所下定义，塑料乃是一个以高分子量有机物质为主要成份材料，它在加工完成时展现固态

3、形状，在制造以及加工过程中，能够借流动(flow)来造型。 第7页惯用塑料原料对照表 学名 英文简称 汉字学名 俗称Polyethylene PE 聚乙烯Polypropylene PP 聚丙烯 百折胶High Density Polyethylene HDPE 高密度聚乙烯 硬性软胶Low Density Polyethylene LDPE 低密度聚乙烯Linear Low Density Polyethylene LLDPE 线性低密度聚乙烯Polyvinyl Chloride PVC 聚氯乙烯General Purpose Polystyrene GPPS 通用聚苯乙烯 硬胶Expans

4、ible Polystyrene EPS 发泡性聚苯乙烯 发泡胶High Impact Polystyrene HIPS 耐冲击性聚苯乙烯 耐冲击硬胶Styrene-Acrylonitrile Copolymers AS，SAN 苯乙烯丙烯腈共聚物 透明大力胶Acrylonitrile-Butadiene-Styrene Copolymers ABS 丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚合物 超不碎胶Polymethyl Methacrylate PMMA 聚甲基丙烯酸酯 亚克力有机玻璃Ethylene-Vinyl AcetateCopolymers EVA 乙烯醋酸乙烯之共聚合物 橡皮胶Polyethyl

5、ene Terephthalate PET 聚对苯二甲酸乙酯 聚酯Polybutylene Terephthalate PBT 聚对苯二甲酸丁酯Polyamide(Nylon 6.66) PA 聚酰胺 尼龙Polycarbonates PC 聚碳酸树酯 防弹胶Polyacetal POM 聚甲醛树酯 赛钢、夺钢Polyphenyleneoxide PPO 聚苯醚 NorylPolyphenylenesulfide PPS 聚亚苯基硫醚 聚苯硫醚Polyurethanes PU 聚氨基甲酸乙酯 聚氨酯第8页二、优点与其它材料相比，塑料有以下优点：1 耐化学侵蚀 2 具光泽，部份透明或半透明 3

6、大部分为良好绝缘体 4 质量轻且坚固 5 加工轻易可大量生产，价格廉价 6 用途广泛、效用多、轻易着色、部分耐高温 第9页三、缺点1.回收利用废弃塑料时，分类十分困难，而且经济上不合算。 2.塑料轻易燃烧，燃烧时产生有毒气体。比如聚苯乙烯燃烧时产生甲苯，这种物质少许会造成失明，吸入有呕吐等症状，PVC燃烧也会产生氯化氢有毒气体，除了燃烧，就是高温环境，会造成塑料分解出有毒成份，比如苯等。 3.塑料是由石油炼制产品制成，石油资源是有限。 4.塑料埋在地底下几百年、几千年甚至几万年也不会腐烂。 5.塑料耐热性能等较差，易于老化。第10页第11页四、常见塑料简易判别法外观判别加热判别溶剂处理判别密度

7、判别热解试验判别燃烧试验判别显色反应判别其它判别法第12页五、塑料发展趋势塑料发展方向可概括为两方面。一是提升性能，即以各种方法对现有品种进行改性，使其综合性能得到提升；二是发展功效，即发展含有光、电、磁等物理功效高分子材料，使塑料能够含有光电效应、热电效应、压电效应等。 从当前世界塑料业发展速度来看，德国和瑞典居首位，日本和欧洲一些国家次之，美国较慢。当前，国外塑料包装展现发展趋势为 共聚复合包装膜和多功效性复合薄膜第13页聚氨酯塑料聚氨酯（PU）全称为聚氨基甲酸酯 ,是主链上含有重复氨基甲酸酯基团大分子化合物统称。它是由有机二异氰酸酯或多异氰酸酯与二羟基或多羟基化合物加聚而成。 聚氨基甲酸

8、酯第14页聚氨基甲酸酯塑料判别指南 聚氨酯在热解时，在某种程度上会重新生成用来合成它们异氰酸酯。判定方法为在试管中加热干燥试样，使产生气体经过盖在试管口上滤纸，然后以14-硝基苯并氟硼酸重氮盐润湿虑纸。伴随异氰酸酯类型不一样，滤纸会变为黄色、淡红、棕色或紫色。第15页另外，Liebermann-Storch-Morawski反应也可判别一些塑料。详细过程为：经过加入不一样指示剂可判别一些塑料。在2ml热乙酸酐中溶解或悬浮几mg试样，冷却后加入3滴50硫酸。马上观察显色反应，在试样放置10min后再观察试样颜色，再在水浴中将试样加热至100，观察试样颜色。PU颜色改变：柠檬黄柠檬黄棕色绿荧光第1

9、6页聚氨酯应用经过改变PU原料种类及组成，能够大幅度地改变产品形态及其性能，得到从柔软到坚硬最终产品。聚氨酯制品形态有软质、半硬质及硬质泡沫塑料、弹性体（聚氨酯弹性体简称为TPU）、油漆涂料、胶粘剂、密封胶、合成革涂层树脂、弹性纤维等，广泛应用于汽车制造、冰箱制造、交通运输、土木建筑、鞋类、合成革、织物、机电、石油化工、矿山机械、航空、医疗、农业等许多领域。 第17页第18页鲨鱼皮泳衣是人们依据其外形特征起绰号，它关键技术在于模仿鲨鱼皮肤。生物学家发觉，鲨鱼皮肤表面粗糙V形皱褶能够大大降低水流摩擦力，使身体周围水流更高效地流过，鲨鱼得以快速游动。泳衣超伸展纤维表面便是完全仿造鲨鱼皮肤表面制成。

10、另外，这款泳衣还充分融合了仿生学原理：在接缝处模仿人类肌腱，为运动员向后划水时提供动力；在布料上模仿人类皮肤，富有弹性。试验表明，鲨鱼皮纤维能够降低3% 水阻力，这在1%秒就能决定胜败游泳比赛中有着非凡意义。鲨鱼皮泳衣奥秘第19页 汽车工业快速发展，生活水平提升加紧了人们对软质聚氨酯制品(床、沙发垫等)快速淘汰，越来越多废旧软泡给我国造成环境压力也越渐显著。当然硬质聚氨酯塑料问题也很不乐观。生物降解将对塑料降解是一个既经济又环境保护方法，所以研究塑料生物降解对人类而言将是里程碑式进展。第20页塑料生物降解半个多世纪以来，塑料在工农业和人们生活领域中得到广泛应用，但随之也带来了大量固体废弃物，尤

11、其是一次性使用制品如塑料包装购物袋、塑料餐盒和地膜等广泛使用，使大量固体废弃物留在公共场所、海洋或残留在耕地土层中，严重污染人类生存环境，成为世界性公害。合成树脂和塑料制品大量生产和消费，是当代人类大量消费生活方式直接结果。第21页因为大多数合成塑料是难以生物降解，所以废塑料物品所造成环境污染问题，对生态平衡造成危害，已引发了世界各国普遍关注。所以, 处理这个问题已成为环境保护方面当务之急。第22页为了处理这个难题, 深入研究塑料降解机理以及利用塑料降解机理来开发各种可降解塑料, 含有重大意义。第23页在大多数情况下, 聚合物降解主要是高分子中主化学键断裂反应所引发。在不一样环境条件下聚合物降

12、解方式和程度都不一样。依据各种环境条件引发降解原因不一样, 有不一样降解方式。塑料降解主要有热降解、在自然环境中光降解和生物降解三种类别，光降解和生物降解速度都比较慢。第24页塑料热解废塑料热解是将已清楚杂质塑料置于无氧或者低氧密封容器中加热，使其裂解为低分子化合物。其基本原理是将塑料制品中高聚物进行彻底大分子裂解，使其回到低分子量状态或单体态。按照大分子内键断裂位置不一样，可将热解分为解聚反应型、随机裂解型和中间型。第25页解聚反应型塑料受热裂解时聚合物发生解离，生成单体，主要切断了单分子之间化学键。这类塑料有-甲基苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯等，它们几乎100地裂解成单体。随机裂解型塑料受热时

13、分子内化学键断裂是随机，产生一定数目标碳原子和氢原子结合分子化合物，这类塑料有聚乙烯、聚丙烯等。大多数塑料裂解二者兼而有之，属于中间型，但在适当温度、压力、催化剂条件下，能使其中一些特定数目链长产物大大增加，从而取得有一定经济价值产物，如汽油、柴油等。第26页裂解所要求温度取决于塑料种类及回收目标产物，温度超出600，热解主要产物是混合燃料气，如CH4、C2H4等轻烃。温度在400600时，主要裂解产物为混合轻烃、石脑油、重油、煤油及蜡状固体，PE、PP裂解产物主要是燃料气和燃料油，PS热解产物主要是苯乙烯单体。热解反应主要表现为C-C键断裂，同时伴有C-H键断裂，热效应为吸热过程。即外界必须

14、提供大于C-C键能能量，反应才能顺利进行。第27页塑料光降解光降解是聚合物在吸收紫外线等辐射能后, 轻易形成电子激发态, 而产生光化学过程, 而使聚合物破坏, 在大气环境中, 聚合物往往还要同时受到氧影响, 造成光氧降解。 其详细过程是: 聚合物经过光物理吸收过程而引发光化学反应, 脱出聚合物分子链上氢原子而形成自由基。直链聚合物降解后不再形成新基团, 而交联聚合物则在降解过程中又可能形成新基团, 这是简单光降解机理。第28页开始氧存在作用正如过氧化物形成过程中间媒质, 分子氧经聚合物生色团(Chromophore) 向聚合物内部转移能量, 活化非饱和键甚至饱和键。另外开始氧存在还能生成可吸收

15、较长波长光波过渡金属络合物或是直接生成过氧化物。第29页聚合物内杂质包含在聚合反应中存在催化剂、添加剂及残余溶剂如苯、四氢呋喃( THF) 、甲基酮等本身就是光敏剂, 这些聚合物杂质和取代基, 如羰基结构、芳烃环、共轭双键、羧基、过氧化物以及残留催化剂(如钛络合物) 等, 以及聚合物在聚合和贮运过程中沾染杂质, 都是引发光降解反应光敏剂。吸收光能后激发分解为自由基过程称为光激反应或光敏反应, 光敏反应可引发氧化反应, 将吸收光能转移到其它基团上, 该基团接收能量后便可产生热分解。第30页塑料生物降解多数合成纯聚合物均含有抗微生物侵蚀能力。但添加剂(如增塑剂、润滑剂、色素和抗氧剂等) 则降低这种

16、能力。增塑剂残余脂肪酸如硬脂酸酯可被微生物降解并造成聚合物表面和性能甚至基础结构破坏。对塑料降解起作用生物主要是真菌和细菌水解和氧化分解作用可促进塑料生物降解。第31页影响生物降解主要原因(1)聚合物结构及柔顺性聚合物链含有易水解键，如酯键、酰胺键、脲键、氨酯键等，较易进行生物降解；链柔顺性也有一定影响，柔顺性大，降解速度也大。(2)分子量及其分布许多由微生物参加聚合物降解都是由端基开始，高分子量聚合物因端基数目少，降解速度较低。对于宽分布聚合物，总是低分子量部分先降解。(3)聚合物形态结构对于晶态聚合物与它结晶度和晶形相关，对于无定形聚合物与其玻璃化温度相关。非晶态聚合物比晶态较易进行生物降

17、解。(4)环境条件温度、pH值、湿度、氧含量、土质等，以及微生物生长所需其它营养条件。(5)微生物分布真菌与细菌数量、类型及相互作用。第32页在避光、高湿度、大量无机盐和有效碳源存在条件下，塑料生物降解过程较易进行。各种微生物对pH、温度和氧需求是不一样。第33页对于合成塑料生物降解，微生物所引发生物降解可分为: (1) 生物物理降解法: 当微生物攻击侵蚀高聚物材料后, 因为生物细胞增加使聚合物组分水解、电离或质子化而分裂成低聚物碎片, 聚合物分子结构不变, 这是聚合物生物物理作用而发生降解过程。(2) 生物化学降解法: 因为微生物或酶直接作用, 使聚合物分解或氧化降解成小分子, 直至最终分解

18、成为二氧化碳和水, 这种降解方式属于生物化学降解方式。第34页高分子材料生物降解过程也可分为4个阶段: 水合作用、强度损失、物质整体化丧失和质量损失。高分子水合作用是由依靠范德华力和氢键维系二次、三次结构破裂引发水合作用, 其后高分子主链可能因化学或酶催化水解而破裂, 高分子材料强度降低。对交联高分子材料强度降低, 可由高分子主链、交联剂、外悬基团开裂等造成。高分子链深入断裂会造成质量损失和相对分子质量降低, 最终相对分子质量足够低分子链小段被酶深入代谢为水、二氧化碳等物质。第35页注意：生物降解并非单一机理, 而是一个复杂生物物理、生物化学协同作用、相互促进物理化学过程。第36页以改性胶状淀粉或颗粒淀粉为添加剂淀粉添加型塑料为例，它降解机理为：(1)塑料中淀粉颗粒先被真菌和细菌侵袭，消耗除去，从