崑山科技大学绿色材料研究所绿色材料期末报告绿色高分子材料班级

崑山科技大學綠色材料研究所綠色材料期末報告綠色高分子材料班級：綠材碩一姓名：馬英旗學號：G980G一、前言石化塑膠如聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)以及聚丙烯(PP)等的使用逐年增加，其全球累積量更是驚人。廢棄塑膠製品在各國的都市垃圾中佔有很大的比例，一般約在7%左右，而我國更高達15%以上。以日本而言，在1991年時，塑膠所造成的廢棄物和一般廢棄物約達300萬噸、產業廢棄物約達200萬噸。若將塑膠廢棄物的處理方法細分的話，焚化約佔65%、再利用約佔12%及掩埋佔23%。由於石化塑膠在自然環境中很難分解，其廢棄物對環境造成嚴重的汙染。先進工業國家，對石化塑膠的使用以經有所節制，並鼓勵使用生物可分解塑膠。生物可分解塑膠(又稱生物可降解塑膠)取代部分石化塑膠的使用，可降低石化塑膠對環境的汙染。二、可降解塑料的定義可降解塑料的研究是一個環境科學、高分子化學、生物學交叉的全新領域。可降解塑料以生物資源為原料，取代了不可再生的化石資源，如石油和煤炭等；再生態環境中會完全降解為水和二氧化碳，最重要的是可以節約能源、保護環境、實現資源與環境的持續發展。關於可降解塑料，至今世界上還沒有統一的國際標準化定義。有人認為理想的生物降解性塑料應該能低成本生產；使用期間能發揮優異性能；使用終結後微生物使其分解成水和CO2，可容入自然界碳元素中。但美國材料實驗協會(ASTM)的有關塑料材料術語的標準ASTMD883-1992對降解塑料的定義是：在特定環境條件下，其化學結構發生明顯變化，並用標準的測試方法能測定其物質性能變化的塑料。這個定義基本上和國際標準ISO472(塑料術語及定義)對降解和劣化所下的定義相一致。微生物水分(濕度)氧氣(空氣)微生物水分(濕度)氧氣(空氣)養份(氮、磷、鉀)堆肥---生物分解性塑膠熱二氧化碳、水份生物分解性塑膠之分解過程示意圖PHA(聚羥基烷酸)正是在這種情況下發展起來的一類高分子材料。是細菌儲存碳源及能量的聚酯類，當有多種微生物其生長的環境處於碳源過剩並且缺乏某一類營養素(例如：氮、磷或鉀等)時PHA即被大量累積於菌體內。由於其物理性質類似於石化塑膠產品polypropylene等，並且具有生物相容性、生物可分解性及熱可塑性等重要性質，因此近幾年來廣受學術界與工業界的注意，有可能成為大規模生產的對象。PHA的組成以4個碳原子結構的3-hydroxybutyrate(HB)為單體最為普片的，根據組成單體碳鍵長度PHA可以區分為短鍵PHA(C3~C5)與中鍵PHA(C6~C16)其結構如圖所示，例如：由四碳單體組成的PHA其質地硬、脆、熔點高，而由中鍵單體組成的PHA則具有彈性，根據不同的物理性質PHA將可運用於各類用途。三、PHA的生產技術PHA在細菌細胞內累積，主要發生再非碳養分不足的環境下，此時之生長速率比其指數生長速率低許多，甚至停止生長。非碳養分可能是氮、磷、鎂、硫或氧等物質，當其中之一的養分在培養液中消耗完，而仍有足夠的碳源時，即刺激細胞內含合成PHA。合成PHA的種類與菌株、培養基的成分有關，而PHA的生產力則與發酵的形式有關。傳統的PHA合成工業常採用乙酸、葡萄糖等作為原料，經SBR反應器馴化後得到具有高PHA儲存能力的微生物。將剩餘汙泥取出，再投加乙酸、葡萄糖等碳源，讓微生物儲存高純度PHA，隨後以微生物提取PHA。乙酸鹽作為碳源主要生成烴基戊酸(HV)單元，而使用混合酸將得到共聚物。聚磷菌吸收乙酸生成HB與HV的共聚物，其中HB單元占主體的69%~100%，HV占0%~31%。Dionisi等用丙酸得到聚烴基戊酸(PHV)，用乙酸和丙酸的混合物得到共聚物(34%HB和66%HV)。使用乙酸、丙酸、丁酸和戊酸的混合物可得到HB與HV的共聚物(50%：50%)。四、PHB的性質與用途與傳統的化學合成高分子相比，PHB作為一種微生物合成塑料，不但具有化學合成塑料的特性，而且還有以下特點：密度大、光學活性好、透氣性低、抗紫外線輻射、生物可降解性、生物組織相容性、壓電性和抗凝血性等，可望在電子、光學、生物醫學等高技術領域獲得應用。PHB有良好的生物降解性，其分解產物可全部為生物利用，對環境無任何汙染；其熔融溫度為175~180℃，是一種可完全分解的熱塑性塑料。它的物理性質和分子結構與聚丙烯(PP)很相似，如軟化點、結晶度、拉伸強度等；但天然PHB的機械性能差、容易熱解、耐溶劑性差、結晶度過高、難以加工。PHB與其它無機填充物或化學合成材料相配合，通過熱處理或共聚可改變其結晶與非結晶結構，使其抗衝擊性和耐溶性得到改善，獲得機械性能優良的製品。如直接用於脂肪族聚酯塑料；與其它化合物共聚，生產性能優良的塑料；與聚酰胺(尼龍)進行酯交換反應，制得聚目前生物分解性塑膠，因其價格與技術的關係，使用的國家並不普遍，而且往往需要有政府規定的政策加以執行，又因為其物性限制其加工條件的緣故，使得應用範圍並不廣泛，以下列舉數種現在以生物分解性塑膠作商業化生產的產品，如表所示。五、結論隨著全球環保意識的高漲，對生物分解性塑膠的期望與石化塑膠管制對策的實施，新型生物分解性塑膠的開發日趨熟絡。目前生物分解性塑膠的生產技術，仍然無法達到所期望的程度，但是隨著環保意識的抬頭以及石化能源的短缺，今後世界各國必然會大力開發生物分解性塑膠，在可見的將來，生物分解性塑膠將取代傳統的石化塑膠的廣大市場是毫無疑問的。六、參考文獻1.綠色化學技術發展；綠色科技‧環境永續專欄；2006年7月號2.利用細菌生產PHA；化工技術