功能高分子材料 教学课件 作者 焦剑 姚军燕 主编第6章 环境降解高分子材料.ppt

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1、第六章环境降解高分子材料环境降解高分子材料_概述6.1概述塑料应用中存在的问题：一是它的来源，绝大部分的塑料原料来源于石油化工，而石油是一种不可再生的资源；二是它在自然环境中很难分解，大量的废弃物成为了环境污染的重要原因，也就是人们目前所称的“白色污染”。因此寻找一种可再生的塑料资源，进而解决其造成的环境污染问题，成为塑料工业发展中的主要问题之一。途径：一、发展可循环利用的材料二、发展可环境降解的材料环境降解高分子材料_概述高分子的降解途径：高分子材料在许多条件下均可发生降解反应，如在热的作用下发生热降解；在机械力作用下发生机械降解，在氧的作用下发生氧化降解，在化学试剂作用下发生化学降解，

2、在光、生物作用下发生光降解、生物降解等但目前大量使用的塑料材料如聚乙烯、聚丙烯等在自然环境中是难于降解的，因此需对之进行改性或发展新型的高分子材料。降解塑料的发展：光降解塑料填充型的降解塑料全降解型塑料环境降解高分子材料_概述目前开发的降解塑料的种类：⑴光降解塑料光降解塑料主要有两类，一类是引入光增感基团（合成型），如乙烯/一氧化碳的共聚物、乙烯基酮和乙烯基单体的共聚物等；另一类是添加有光增感作用的化学助剂的（添加型），所用的添加剂可以为一些光敏剂（如芳香胺、芳香酮等），过渡金属化合物（如金属盐、有机金属化合物、硬脂酸铁盐、羧酸盐等），多芳香族碳氢化合物。环境降解高分子材料_概述⑵生物降解

3、塑料不完全生物降解塑料：主要是一些可完全生物降解的组分与普通高分子材料的共混物，如淀粉与聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯的共混物，合成脂肪族聚酯（PCL）与通用聚烯烃的共混物，天然矿物质与PCL、聚烯烃的共混物等。完全生物降解塑料：主要有三大类，第一类的微生物合成的高分子聚合物，如脂肪族聚酯（聚ε-己内酯、聚二元酸二元醇酯等），聚乳酸以及一些其它的微生物合成聚合物；第二类是化学合成高分子聚合物，如聚乙二醇、脂肪族聚酯、聚乙烯醇及其衍生物、聚氨酯及其改性产物等；第三类是天然高分子聚合物及其衍生物，如纤维素及其衍生物、甲壳素、脱乙酰基壳聚糖几丁糖、甲壳质、热塑性淀粉、葡聚糖、聚糖等。环境降解

4、高分子材料_概述⑶光-生物双降解塑料主要有光敏剂、生物降解剂与聚苯乙烯、聚丙烯的共混物，及光敏剂、改性淀粉与聚苯乙烯、聚丙烯的共混物⑷化学降解塑料有氧化降解塑料和水降解塑料（可溶性降解塑料），如PVA与不同单体的共聚物、丙烯酸类共聚物等。环境降解塑料目前存在的问题：一是在其降解性能的评价标准和方法上尚无统一和完整的定义；二是降解塑料的性能还不尽如人意，如国内外公布的各种降解塑料的力学性能一般，如其耐水性差，湿强度不高，耐热性差，不能与现有的普通产品相比；另外其昂贵的价格也是其应用时难以突破的瓶颈，如与现有塑料相比，其价格普遍高出15%以上，有的甚至要高出4～10倍。环境降解高分子材料_光降

5、解高分子材料6.2.1光降解机理大多数高分子受到300nm以下的短波长光的照射时，可显示出光降解性，但在300nm以上的近紫外光到可见光范围内光降解却很少发生。因此高分子材料中的各种吸光性添加剂和杂质对光的吸收在光降解过程中占有重要地位，特别是加入的染料和颜料，也就是说在光降解高分子材料中应引入发色基团。光降解反应：指在光作用下聚合物链发生断裂，分子量降低的光化学过程。光降解反应的存在使高分子材料老化、机械性能变坏，从而失去使用价值。光降解过程主要有三种形式，即无氧光降解过程，有氧的光降解过程以及有光敏剂参与的光降解过程。环境降解高分子材料_光降解高分子材料无氧光降解：发生在聚合物分子中含

6、有发色团时，或含有光敏性杂质时。一般认为与聚合物中羰基吸收光能后发生一系列能量转移和化学反应导致聚合物链断裂有关。如羰基吸收光后诱发NorrishⅠ型和NorrishⅡ型的断键过程：NorrishⅠ反应在酮基处断开高分子链：NorrishⅡ反应在α-位断开高分子链：环境降解高分子材料_光降解高分子材料不含有羰基发色团的聚合物，可能有两种光降解方式导致主链断裂：一种是首先发生侧基断裂，然后由所产生的自由基引起聚合物链断裂，另一种是主链键直接被光解成一对自由基。环境降解高分子材料_光降解高分子材料光参与的光氧化过程：其过程为高分子吸收光后激发成单线态S1），单线态转变成寿命较长的三线态（T1）

7、，它与空气中的氧分子反应，生成高分子过氧化氢，后者很不稳定，在光的作用下很容易分解为自由基，产生的自由基能够引起聚合物的降解反应。环境降解高分子材料_光降解高分子材料聚丙烯在自然环境中的光降解过程，由于其上有大量的叔氢原子，因此易于发生光氧化降解：或环境降解高分子材料_光降解高分子材料高聚物中含有光敏剂时：光敏剂分子可以将其吸收的光能传递给聚合物，发生降解反应。有两种机理。第一种机理是光敏剂的激发态与高分子间进行氢自由基