光降解塑料的研究进展.ppt

光降解塑料的研究进展 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) , 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 一些塑料受阳光曝晒即会慢慢老化,其原因是塑料中的杂质吸收光能后激发光氧化反应而生成过氧化物。将这种受光解的物质和结构添加于塑料中便制成了光降解塑料。设计方法一般从添加光敏剂控制降解和合成有光吸收剂的聚合物两个方面进行。 5.1 光降解设计方法 光降解的设计方法大致可分为下列5 种: (1)利用聚合物结构不稳定性通过自动氧化产生的光敏性实现光降解,如PE、PP 和PB1 以及二烯系聚合物在光曝晒下均能自动氧化生成过氧化物,导致聚合物分解。。 (2)引入光敏性基团作为聚合物“弱键”,通过聚合反应加入到设计的聚合物分子结构中。如含有羰基(即甲基乙烯基酮) 的单体的共聚物。 5.2 光降解添加剂 (1) 羰基甲基酮类 (2) 含有芳烃环结构的物质 (3)过氧化物 (4)卤化物 (5) 金属化合物 (6) 自动氧化基团 (7) 颜料等添加剂 6.国内外降解塑料生产研究现状 6.1国外降解塑料生产研究现状 6.1.1研究现状 目前降解塑料研究只局限于医用及高附加值包装材料,难涉及到对环境影响较大的一次性包装膜(袋) 、垃圾袋、餐饮具及地膜等大宗产品市场。为克服价格昂贵问题,同时为了促进其产品早日进入市场,近年来欧、美、日等国一方面在原有工艺上挖