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

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1、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：G980G007一、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%。

2、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

3、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）召&&養份——>堆肥…生物分解性塑膠（氮、磷、鉀）———VV熱二氧化碳、水份生物分解性塑膠之分解過程示意圖PHA（聚徑基烷酸）正是在這種情況下發展起來的一類高分子材料。是

4、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〜C⑹其結構如

5、所示，例如：由四碳單體組成的PHA其質地硬、脆、熔點高，而由中

6、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。R=/>-alkylpendantgroupofvariablechainlengthHB.p-hydroxybityrate.R=methylHV.p-hydroxyvalerate.R=ethylHC,p-hydroxycaproate,R二小propylHH,p-hydroxyheptanoate.R=/i-butylHO,卩・hydroxyoctanoale,R=/；-propylHN,卩-hydroxynonanoate,Rf・hexylHD•卩-hydroxydecanoat

7、e,R=r/-hexylHUD,fi-hydroxyundecanoate.R=n-octylHDD,

8、5-hydroxydodecanoate.R=n-nonylPHA化學分子結構三、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主長速率低許多，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

9、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痙基戊酸(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等用丙酸得到聚痙基戊酸(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%)。E蘿薫f轻基甲基姻T酸f鳧基I僦辅悔A趕基戊敞辅IWA一戊酸羚基「酸轻基戊酸乙

10、酸、丙战、丁酸、戊酸生成聚合物的可能途