光降解塑料的研究进展

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1、光降解塑料的研究进展塑料作为一种材料,其用途已渗透到国民经济各部门以及人民生活各个领域。随着塑料产量的不断增长及其用途的不断扩大,废弃物也与日俱增。由于其在自然环境或垃圾场中难以降解、腐烂,因此带来严重的污染问题,对生态平衡造成很大的破坏,引起社会极大关注。所以开发环境可接受的降解塑料是解决塑料废弃物处理问题,特别是难于回收利用的一次性用品污染问题的重要途径,成为目前塑料领域的一个热门课题,并获得较快发展。降解塑料的主要优点是在其失去利用价值变成垃圾后,不但不会破坏生态环境,而且会提高大地的生物活性,

2、降解性塑料废弃在环境中,在各种环境因素作用下经过一定时间后能自动降解为对环境无污染的小分子物质,甚至进而可参与生物代谢循环而被同化吸收。据报道,降解塑料研究除要解决物理、化学上的问题外,还需主要解决两个问题:一是提高经济性,即设法降低成本,提高为社会所容纳和接受的能力,以替代现有通用塑料;二是提高降解速度的可控性,即可以控制降解速度、降解时间,生产降解速度不同的多种牌号产品,以适应不同的需求。1降解塑料的定义及分类至今世界上对降解塑料还没有统一的国际标准化定义,但美国材料试验协会(ASTM)通过的有关

3、塑料术语的标准ASTMD883-92对降解塑料定义如下:在特定环境条件下,其化学结构发生明显变化,并用标准的测试方法能测定其物质性能变化的塑料。美国国家环保局和全美降解学会的专家认为,降解塑料必须具备3个基本特征:(1)在自然界受阳光、氧、潮湿、微生物等条件的影响,在较短时间内,其外观发生明显的变化(如从制品袋、制品盒变成粉末,并进一步消失的过程),力学性能也会明显降低甚至完全丧失;(2)在上述条件下,相对分子质量应大幅度下降(由降解前的十几万或几十万下降到一万以下);(3)在上述条件下,化学结构发生

4、重大改变,产生大量含氧化合物(如酮、醛、酸、酯、过酸过酯、氢过氧化物)等。只有出现上述变化,降解后产生的小分子含氧化合物才可能被微生物、菌类吞食,并放出二氧化碳和水,从而达到降解塑料的目的。降解塑料按照降解机理可大致分为光降解塑料、生物降解塑料和光-生物降解塑料2.光降解塑料定义及分类光降解塑料一般是指聚合物在日照下,受到光氧作用吸收光能(主要为紫外光能)而发生光引发断链反应和自由基氧化断链反应即Norrish光化学反应而降解成对环境安全的低分子量化合物。这类对光敏感的塑料称为光降解塑料,根据其制备方

5、法可分为合成型和添加型两种2.1合成型(共聚型)合成型光降解塑料主要通过共聚反应在高分子主链引入羰基型感光基团而赋予其光降解特性,并通过调节羰基基团含量可控制光降解活性。通常采用光敏单体CO或烯酮类(如甲基乙烯酮、甲基丙烯酮)与烯烃类单体共聚,可合成含羰基结构的光降解型PE、PP、PS、PVC、PET和PA等。其中对光降解PE研究最多,这是因为PE降解成分子量低于500的低聚物后可被土壤中微生物吸收降解,具有较高的环境安全性。目前已实现工业化的光降解性聚合物有乙烯-CO共聚物和乙烯-乙烯酮共聚物，可用

6、于农膜、包装袋、容器、纤维、泡沫制品等。2.2添加型将光敏助剂添加到通用高分子材料中可制得光降解高分子材料。实验表明,在紫外光谱区200～400nm处各种光敏剂均出现强度不等、但有明显吸光强度的吸收峰。可见,在光的作用下光敏剂可离解成具有活性的自由基,进而引发聚合物分子链断链连锁反应达到降解作用通用的光敏剂有:过渡金属络合物(如二硫代氨基甲酸盐)、硬脂酸盐(如硬脂酸铁)等可控光降解塑料是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。3.光降解过程与机理光降解是

7、光敏基团吸收了足够的光能后被激活形成新的基团,即通过光的物理吸收过程而引起光化学反应,脱出聚合物分子链上的氢原子而形成自由基。直链聚合物降解后不再形成新的基团,而交联聚合物则在降解过程中又可能形成新的基团,这是简单的光降解机理。4.光降解影响因素4.1塑料分子结构塑料分子结构是光降解的主要影响因素。塑料分子若含有下列基团容易发生光降解反应。/C=0,-N=N-NH-,-NH-NH-,-S-,-0-,-CN=N-,-CH-CH-。4.2光敏剂添加光敏剂可促进光降解。光敏剂在初期能延续其光化学反应。经诱

8、导期后,被光激发能将其激发态能量转移给聚合物(塑料),加速其光化学反应,使塑料发生降解和氧化。4.3光波长根据光量子理论,光波长越短,光量子所具有的能量越大,在290!400nm范围的紫外光所具有的光能量一般高于引起塑料高分子链上各种化学键断裂所需要的能量。但是各种高分子结构对光波波长的敏感性各有不同。4.4大气条件大气中的氧、热、湿度会加速光降解。若升高温度,高分子热运动加剧,大分子碰撞次数增多,有利于与氧接触发生光氧化反应。5.光降解聚合物的设计方法