塑料降解

四、常见塑料的简易鉴别法
• 外观鉴别 • 加热鉴别
• 溶剂处理鉴别
• 密度鉴别 • 热解试验鉴别 • 燃烧试验鉴别 • 显色反应鉴别 • 其他鉴别法
五、塑料的发展趋势
• 塑料的发展方向可概括为两方面。 • 一是提高性能，即以各种方法对现有品种进行改性，使其 综合性能得到提高；
• 二是发展功能，即发展具有光、电、磁等物理功能的高分 子材料，使塑料能够具有光电效应、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。目前，国外塑料包装 呈现的发展趋势为 共聚复合包装膜和多功能性复合薄膜
鲨鱼皮泳衣的奥秘
• 鲨鱼皮泳衣是人们根据其外形特征起的绰 号，它的核心技术在于模仿鲨鱼的皮肤。 生物学家发现，鲨鱼皮肤表面粗糙的V形皱 褶可以大大减少水流的摩擦力，使身体周 围的水流更高效地流过，鲨鱼得以快速游 动。泳衣的超伸展纤维表面便是完全仿造 鲨鱼皮肤表面制成的。此外，这款泳衣还 充分融合了仿生学原理：在接缝处模仿人 类的肌腱，为运动员向后划水时提供动力 ；在布料上模仿人类的皮肤，富有弹性。 实验表明，鲨鱼皮的纤维可以减少3% 水的 阻力，这在1%秒就能决定胜负的游泳比赛 中有着非凡意义。
• 由于大多数合成塑料是难以生 物降解的，所以废塑料物品所 造成的环境污染问题，对生态 平衡造成的危害，已引起了世 界各国的普遍关注。 • 因此, 解决这个问题已成为环境 保护方面的当务之急。
• 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。
• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •
常用塑料原料对照表 学名 Polyethylene Polypropylene High Density Polyethylene Low Density Polyethylene Linear Low Density Polyethylene Polyvinyl Chloride General Purpose Polystyrene Expansible Polystyrene High Impact Polystyrene Styrene-Acrylonitrile Copolymers Acrylonitrile-Butadiene-Styrene Copolymers Polymethyl Methacrylate Ethylene-Vinyl AcetateCopolymers Polyethylene Terephthalate Polybutylene Terephthalate Polyamide(Nylon 6.66) Polycarbonates Polyacetal Polyphenyleneoxide Polyphenylenesulfide Polyurethanes 英文简称 PE PP HDPE LDPE LLDPE PVC GPPS EPS HIPS AS，SAN ABS PMMA EVA PET PBT PA PC POM PPO PPS PU 中文学名 聚乙烯 聚丙烯 高密度聚乙烯 低密度聚乙烯 线性低密度聚乙烯 聚氯乙烯 通用聚苯乙烯 发泡性聚苯乙烯 耐冲击性聚苯乙烯 苯乙烯─丙烯腈共聚物 丙烯腈─丁二烯─苯乙烯共聚合物 聚甲基丙烯酸酯 乙烯─醋酸乙烯之共聚合物 聚对苯二甲酸乙酯 聚对苯二甲酸丁酯 聚酰胺 聚碳酸树酯 聚甲醛树酯 聚苯醚 聚亚苯基硫醚 聚氨基甲酸乙酯 俗称 百折胶 硬性软胶
聚氨酯的应用
• 通过改变PU原料种类及组成，可以大幅度地改变 产品形态及其性能，得到从柔软到坚硬的最终产 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。
生活中观察到的生物降解现象
塑料
• 一、定义 • 塑料为合成的高分子化合物，又可称为高分 子或巨分子(macromolecules)，也是一般所 俗称的塑料(plastics)或树脂(resin)，可以自 由改变形体样式。是利用单体原料以合成或 缩合反应聚合而成的材料，由合成树脂及填 料、增塑剂、稳定剂、润滑剂、色料等添加 剂组成的。 • 根据美国材料试验协会所下的定义，塑料乃 是一种以高分子量有机物质为主要成分的材 料，它在加工完成时呈现固态形状，在制造 以及加工过程中，可以借流动(flow)来造型。
• 开始氧的存在作用正如过氧化物形成过程的中间 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。此 外开始氧的存在还能生成可吸收较长波长光波的 过渡金属络合物或是直接生成过氧化物。
• 聚合物内的杂质包括在聚合反应中存在的催化剂、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, 这些聚合物的杂质和取代基, 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(如钛的络合 物) 等, 以及聚合物在聚合和贮运过程中沾染的杂质, 都是 引发光降解反应的光敏剂。吸收光能后激发分解为自由基 的过程称为光激反应或光敏反应, 光敏反应可引发氧化反 应, 将吸收的光能转移到其他基团上, 该基团接受能量后便 可产生热分解。
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的大分子化合物的统称。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。
聚氨基甲酸酯
聚氨基甲酸酯塑料鉴别指南
• 聚氨酯在热解时，在某种程度上会重新生成用来 合成它们的异氰酸酯。鉴定方法为在试管中加热 干燥试样，使产生的气体通过盖在试管口上的滤 纸，然后以1％的4-硝基苯并氟硼酸重氮盐润湿虑 纸。随着异氰酸酯类型的不同，滤纸会变为黄色 、淡红、棕色或紫色。
塑料的生物降解
• 多数合成的纯聚合物均具有抗微生物 侵蚀的能力。但添加剂(如增塑剂、 润滑剂、色素和抗氧剂等) 则降低这 种能力。增塑剂残余脂肪酸如硬脂酸 酯可被微生物降解并导致聚合物表面 和性能甚至基础结构的破坏。 • 对塑料降解起作用的生物主要是真菌 和细菌．水解和氧化分解作用可促进 塑料的生物降解。
• 生物降解和生物催化 是通过生物转化反应 和催化这些反应的酶 而紧密联系在一起的 。
三、地球上生物降解的开端
• 生物降解和生物催化与生命本身一样久远。 • 热力学上有利的化学反应使一个或多个分子转化 为热力学上更简单的分子。 • 微生物产生的脂酶、蛋白酶、纤维素酶和木质素 酶降解活的生物或其死后的残体。现在普遍认为 光合作用是地球表面最重要的进化，它促使更多 的生物量产生，从而可以生物降解更多的分子。
• 废塑料热解是将已清楚杂质的塑料置于无氧或者低氧的密 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的高聚物进行彻底的大分子裂 解，使其回到低分子量状态或单体态。按照大分子内键断 裂位置的不同，可将热解分为解聚反应型、随机裂解型和 中间型。
• 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的化学键。这类塑料有α-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 。
•
汽车工业的快速发展，生活水平的提高加快了人 们对软质聚氨酯制品(床、沙发垫等)的快速淘汰 ，越来越多的废旧软泡给我国造成的环境压力也 越渐明显。当然硬质聚氨酯塑料的问题也很不乐 观。生物降解将对塑料降解是一个既经济又环保 的方法，因此研究塑料的生物降解对人类而言将 是里程碑式的进展。
塑料的生物降解
塑料的光降解
• 光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。
硬胶 发泡胶 耐冲击硬胶 透明大力胶 超不碎胶 亚克力有机玻璃 橡皮胶 聚酯
尼龙 防弹胶 赛钢、夺钢 Noryl 聚苯硫醚 聚氨酯
二、优点
• 与其他材料相比，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〉 大部分为良好绝缘体
• 〈4〉 质量轻且坚固 • 〈5〉 加工容易可大量生产，价格便宜 • 〈6〉 用途广泛、效用多、容易着色、部分耐高温
• 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的应用， 但随之也带来了大量的固体废弃物，尤其是一次性使用的制品如塑料 包装购物袋、塑料餐盒和地膜等的广泛使用，使大量的固体废弃物留 在公共场所、海洋或残留在耕地的土层中，严重污染人类的生存环境 ，成为世界性的公害。合成树脂和塑料制品的大量生产和消费，是现 代人类大量消费生活方式的直接结果。
• • • •
塑料的生物降解
生物降解
• 一、定义 • 生物降解:通常用于描述去除一种化合物，最为理想 的是将潜在的有毒物质转化为无毒物质的过程。 • 生物修复：近几年发展起来的术语，是指运用生物 降解反应实际清除一种或多种化合物。
二、区别定义
• 生物转化：从技术上来看同新陈代谢意思相同， 但是主要用于描述对外来化合物的生物转化。 eg：哺乳动物体内的药物或致癌物的转化以及原 核生物体内的环境污染物的转化。 • 生物催化：与生物转化相似，只是在代谢的基础 上又增加了制造有用化合物的含义。
源自文库
• 随机裂解型塑料受热时分子内化学键的断裂是随机的，产 生一定数目的碳原子和氢原子结合的的分子化合物，这类 塑料有聚乙烯、聚丙烯等。
• 大多数塑料的裂解两者兼而有之，属于中间型，但在合适 的温度、压力、催化剂条件下，能使其中某些特定数目链 长的产物大大增加，从而获得有一定经济价值的产物，如 汽油、柴油等。
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.塑料容易燃烧，燃烧时产生有毒气体。例如聚苯乙烯燃烧时 产生甲苯，这种物质少量会导致失明，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，会导致塑料分解出有毒成分，例如苯等。 • 3.塑料是由石油炼制的产品制成的，石油资源是有限的。 • 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.塑料的耐热性能等较差，易于老化。
• 裂解所要求的温度取决于塑料的种类及回收的目的产物， 温度超过600℃，热解的主要产物是混合燃料气，如CH4 、C2H4等轻烃。温度在400～600℃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的 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键的断裂，同时伴有C-H键断裂 ，热效应为吸热过程。即外界必须提供大于C-C键能的能 量，反应才能顺利进行。
• 另外，Liebermann-Storch-Morawski反应也可鉴 别某些塑料。具体过程为：通过加入不同的指示 剂可鉴别某些塑料。在2ml热乙酸酐中溶解或悬浮 几mg试样，冷却后加入3滴50％的硫酸。立即观 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的颜色变化：柠檬黄→柠檬黄→棕色→绿荧光
• 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。在不同的环境条件下 聚合物降解的方式和程度都不同。
• 根据各种环境条件引发降解的原因的不同, 有不同 的降解方式。塑料的降解主要有热降解、在自然 环境中的光降解和生物降解三种类别，光降解和 生物降解的速度都比较慢。
塑料的热解