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1、中山大学研究生学刊(自然科学、医学版)第28卷第1期JOURNALOFTHEGRADUATESVOL.28№12007SUNYAT-SENUNIVERSITY(NATURALSCIENCES、MEDICINE)2007可降解塑料的应用、研究现状＊及其发展方向俞文灿(阿克苏.诺贝尔工业油漆(苏州)有限公司,04硕,广州510240)摘要:综述了国内外降解塑料的研究现状及降解机理,并介绍了可降解塑料的发展方向,展望了降解塑料,尤其是生物降解塑料的光明前景。关键词:可降解塑料;机理;光降解;生物降解1前言半个多世纪以来,随
2、着塑料工业技术的迅速发展,当前世界塑料总产量已超过1.78×10t,其用途已渗透到工业、农业以及人民生活的各个领域并与钢铁、木材、水泥并列成为国民经济的四大支柱材料。但塑料大量使用后随之也带来了大量的固体废弃物,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,使大量的固体废弃物留在公共场所和海洋中,或残留在耕地的土层中,严重污染人类的生存环[1-8]境,成为世界性的公害。有资料表明,城市固体废弃物中塑料的质量分数已达10%以上,体积分数则在30%左右,而其中大部分是一次性塑料包装及日用品废弃物,它
3、[2]们对环境的污染、对生态平衡的破坏已引起了社会极大的关注。因此,解决这个问题已成为环境保护方面的当务之急。一般来讲,塑料除了热降解以外,在自然环境中的光降解和生物降解的速度都比较14慢,用C同位素跟踪考察塑料在土壤中的降解,结果表明,塑料的降解速度随着环境条件(降雨量、透气性、温度等)不同而有所差异,但总的而言,降解速度是非常缓[6]慢的,通常认为需要200-400年。为了解决这个问题,工业发达国家采用过掩埋、焚烧和回收利用等方法来处理废弃塑料,但是,这几种方法都存在无法克服的缺陷。进行填埋处理时占地多,且使填埋
4、地不稳定;又因其发出热量大,当进行焚烧处理时,易损坏焚烧炉,并排出二恶英,有时还可能排放出有害气体;而对于回收利用,往往难以＊收稿日期:2007-01-01可降解塑料的应用、研究现状及其发展方向[7]收集或即使强制收集进行回收利用,经济效益甚差甚至无经济效益。因而越来越多的学者提倡开发和应用降解塑料,并将它看作是解决这一世界难题的理想途径。目前,世界发达国家积极发展降解塑料,美国、日本、德国等发达国家都先后制定了限用或禁用[9]非降解塑料的法规。降解塑料是指一类其制品的各项性能可满足使用要求,在保存期内性能不变,而使
5、用后在自然环境条件下,能降解成对环境无害的物质的塑料。因此,它也被称为环境降解塑料,也将是21世纪应用极其广泛的一类“功能聚合材料”。21世纪是保护地球环境的时代,是资源、能源更趋紧张的年代,为治理那些量大、分散、脏乱、难以收集或即使强制收集进行回收利用,经济效益甚差或无效益的一次性塑料废弃物不仅对生态环境造成的污染,同时也是对资源、能源一种极大的浪费。降解塑料能减少白色污染,有显著的经济效益和社会效益,为此高效的降解塑料的研究开发已成为塑料工业界、包装工业界以及环保界的重要发展战略,而且成为全球瞩目的研究开发热点。
6、同时随着人们对这类材料的认识,以及环保意识的不断提高,此类材料将有极其广阔的前景。2降解机理的研究由于塑料质轻,强度高,耐化学腐蚀性好,综合性能高,而得到了广泛的利用。而正是这些优良的性质同时给垃圾的处理造成很大的问题,一般来说将塑料埋藏在地下经过20年其变化是很小的。这样就给环境保护带来了一个难题。为了解决这个难题,深入研究塑料的降解机理以及利用塑料的降解机理来开发各种可降解塑料,具有重大意义。在大多数情况下,聚合物的降解主要是高分子中主化学键断裂反应所引起的。在不[10-14]同的环境条件下聚合物降解的方式和程度
7、都不同。根据各种环境条件引发降解的[15]原因的不同,有不同的降解方式,主要包括:水解降解、氧化降解、微生物降解和机械降解。但从实际应用的角度来讲,所谓的“可降解塑料”一般是特指光降解塑料、生物降解塑料以及光-生物双降解塑料。所以现在主要讨论塑料的光降解机理以及生物降解机理。2.1光降解机理光降解降解是聚合物在吸收紫外线等辐射能后,容易形成电子激发态,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的影响,造成光[12,13]氧降解。其具体过程是:聚合物通过光的物理吸收过程而引起光化学反应,脱
8、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。通常形成的自由基在有氧存在的条件下便发生氧化反应,形成过氧化基团以维持降解过程。过氧化基团和氢原子作用形成过氧化氢并脱出。过氧化物只需吸收光线中比紫外线稍低的能量,通过聚合物中残留的微量金属的催化作用很快便
