分解性塑膠的回顧與展望

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1、分解性塑膠的回顧與展望TheReviewandProspectofDegradablePlastics　　本篇論文回顧分解性塑膠材料的種類、分解機構、合成加工技術，及市場應用情形。國際間對於分解性塑膠的測試規格已在ISO的整合下，正凝聚共識，對於分解性塑膠的發展具有正面意義。環保標章可以引導消費者正確選用環保用品，我國率先推出分解性塑膠的環保標章，可以帶領大家正確消費觀念。與我國同為海島型的日本，正研發種苗用途，漁業用途之分解性塑膠材料，值得國內相關業者關注。最後比較塑膠分解性與資源化的差異性與發展策略。前言　　塑膠材料具有高強

2、度、質量輕、價格低廉、加工容易、優越氣體阻絕性能及耐潮濕等特性，使它成為金屬材料、陶磁材料之後，人類日常生活不可或缺的材料。本來為它優良性之一的不易劣化，在塑膠材料使用完後隨意拋棄，成為造成地球環境惡化因素。先進國家正逐漸加以限制使用或強制回收，工業界亦積極研發可分解塑膠技術及塑膠資源化技術，希望使塑膠對於環境的衝擊性能儘量降低，使塑膠材料的成長能與環境保護工作並駕齊驅。技術現況　　塑膠的分解機構依其分解因子可大略分為物理化學性分解、化學性分解及生物化學性分解，如圖一所示，在物理化學性分解方面如機械分解純粹以機械力量將天然橡膠的

3、化學鏈結切斷，以降低其化學分子鏈，亦即降低其聚合度，以利後續的配料加工作業；超音波分解，利用超音波效果切斷高分子化學鏈，光分解利用光的能量使高分子化學鏈發生劣化現象；熱分解利用高熱能量，使塑膠產生斷鏈現象，可產生石化原料，加水分解具有炭酸基(carboxylgroup)的高分子材料，非常有加水分解為-COOH及-OH的傾向。在化學性分解上，如臭氧分解，不飽和化合物非常容易受到臭氧攻擊而分解，像某些橡膠材料具有不飽和鏈，其臭氧耐老化試驗特別受到使用者關注，氧化分解，如燃燒使高分子材料受到氧化劣化。在生物化學性分解上，如細菌分解利用

4、醋酸菌之醣類的醋酸發酵，如酵素分解，利用澱粉酵素將澱粉醣化分解。　　已商品化的分解性塑膠主要有兩大類，一為物理化學性分解的光分解性塑膠，另一為生物化學性分解的生物分解性塑膠。一般光分解性塑膠製備方法可分為兩大類﹔一類是添加具有感光作用的添加劑，覆予聚合物光分解性，另一類為在聚合物聚合時，即導入感光基－羰基(carboxylgroup)，使得分子結構上具有易受光分解的特性。添加劑有過渡金屬鹽，過氧化物及有機型感光劑；聚合型則為乙烯與一氧化碳或乙烯基酮之共聚合體。這兩類方法各有其優劣，聚合型需要較大型之合成設備，而添加型只需藉由一般

5、塑膠混練加工機具，便可以賦予材料光分解的特性，是一種較簡便經濟的方式。　　光分解性塑膠劣化的反應機構主要有兩類，一為光氧化反應，其反應機構如下：　　幾乎所有商業化之熱塑性塑膠皆會因陽光曝晒而發生光氧化反應(photo-oxidation)，而失去其原有的機械物性。另外一種光劣化反應機構是NorrishⅠ及NorrishⅡ反應，這兩種劣化反應是酮基共聚合物的主要劣化反應機構(ketonephotolysis)，其反應如下：　　光分解性塑膠依上述反應機構劣化外，所產生之游離基會發生架橋反應(crosslinking)，其劣化環境會影

6、響其斷鏈及接鏈的反應比例。而在劣化過程中，由於會吸收氧氣而發生光氧化反應，所以光劣化後會產生一氧化碳，丙酮、甲烷及乙烷等氣體，而使得聚合體本身重量減輕，而聚合體本身也會產生酮基(ketonegroup)、羰酸基(carboxylgroup)和乙烯基(vinylgroup)。　　一般塑膠同樣具有光分解特性，只是其分解速度慢，且其劣化過程也較容易發生架橋作用，而光分解性塑膠可以加快其劣化速度，縮短其分子鏈斷裂的時間，達到廢塑膠體積減容的目的，由於光分解性塑膠的研發已有20餘年的歷史，已應用於飲料用包裝環(sixpackedcarri

7、er)（美國某些州規定鋁罐容器的食品包裝，每六罐上的包裝膜必需使用分解性塑膠）農作物覆膜及購物袋上，近十年來歐美日對於分解性塑膠的研發的集中在生物分解性塑膠。　　生物分解性塑膠的劣化機制是藉由細菌或酵素將塑膠材料分解為二氧化碳﹑水﹑蜂巢狀之多孔材質與鹽類，其劣化反應先是由微生物中的酵素先將分子量高的聚合物裂解成分子質較小的材料，進而被細菌分解消化吸收生成二氧化碳、水等基本物質。水溶解或水分解亦是劣化機構，生物分解性材質的劣化機構多由上述的一種或多種劣化機構進行分解反應。　　生物分解性塑膠有三大類(一)微生物醱酵型﹑(二)合成高分

8、子型﹑(三)天然高分子型，茲說明如下：(一)微生物醱酵型　　聚酯類具有極性鏈結存在於許多自然物質中，由微生物所產生之酵素可將這些鏈結水解，再由微生物對於這些斷鏈分子分解吸收。Poly(hydroxyalk-noate其聚合物P(HAs)是微生物用來儲存能量的物質