1、2022-5-31第十三章第十三章 環境降解材料環境降解材料 2內容要點內容要點 環境降解材料的概念及研究開發的必要性環境降解材料的概念及研究開發的必要性* *環境降解塑料的類型（環境降解塑料的類型（* *光降解、生物降解及光降解、生物降解及光生物雙降解光生物雙降解）環境降解塑料應用及存在問題環境降解塑料應用及存在問題 3 材料在自然環境作用下，經過自然吸收、材料在自然環境作用下，經過自然吸收、消化、分解，從而不產生固體廢棄物的一消化、分解，從而不產生固體廢棄物的一類材料稱之為類材料稱之為環境降解材料環境降解材料 如某些天然的木材、植物，某些人工合如某些天然的木材、植物，某些人工合成的塑料，它

2、們都是降解材料。但目前的成的塑料，它們都是降解材料。但目前的研究主要集中在對研究主要集中在對塑料的降解上塑料的降解上。 4Applications of the three Applications of the three statesstatesTbTgTfTdTgTf7.1.1 7.1.1 塑料是什么？塑料是什么？7.1 7.1 塑料基本知識及潛在危害塑料基本知識及潛在危害 5n一般塑料的一般塑料的TgTg遠高于室溫，例如聚氯乙烯為遠高于室溫，例如聚氯乙烯為7878，聚，聚苯乙烯為苯乙烯為100100，聚甲基丙烯酸甲酯為，聚甲基丙烯酸甲酯為105105。因而在。因而在室溫下均可制成塑料制

3、品。室溫下均可制成塑料制品。n橡膠的橡膠的TgTg通常均在零度以下。例如天然橡膠為通常均在零度以下。例如天然橡膠為-73-73，聚異丁烯橡膠為聚異丁烯橡膠為-70-70，聚丁二烯合成橡膠為，聚丁二烯合成橡膠為-85-85，由于由于TgTg很低，所以即使在嚴寒的冬天也不會失去彈性。很低，所以即使在嚴寒的冬天也不會失去彈性。塑料塑料是以樹脂為主要成分，在一定溫度和壓力下塑造成是以樹脂為主要成分，在一定溫度和壓力下塑造成一定形狀，并在常溫下能保持既定形狀的高分子有機材料。一定形狀，并在常溫下能保持既定形狀的高分子有機材料。 6 塑料材料具有許多優異的特性塑料材料具有許多優異的特性, ,因此它被廣泛應

4、用于因此它被廣泛應用于國民經濟的各個領域，國民經濟的各個領域，尤其是一次性使用塑料制品，如尤其是一次性使用塑料制品，如食品包裝袋、飲料瓶、農用薄膜等的廣泛使用。食品包裝袋、飲料瓶、農用薄膜等的廣泛使用。普通塑料如普通塑料如聚乙烯，聚丙烯，聚苯乙烯，聚氯乙烯約聚乙烯，聚丙烯，聚苯乙烯，聚氯乙烯約占全部塑料產量的占全部塑料產量的8080，尤以聚乙烯的產量最大，它們，尤以聚乙烯的產量最大，它們在自然環境下很穩定，不易腐爛，對環境造成了極大污在自然環境下很穩定，不易腐爛，對環境造成了極大污染。染。 塑料應用及潛在的危害：塑料應用及潛在的危害： 7n據據2008年的數據，我國僅年的數據，我國僅PE膜的總

5、產量就為膜的總產量就為1073萬噸萬噸。其中大約。其中大約220萬噸（約萬噸（約20.5%） 用于食品包裝，約用于食品包裝，約483萬噸（約萬噸（約45%）用于各種大小的塑料袋，約）用于各種大小的塑料袋，約255萬噸（約萬噸（約23.8%）用于農膜，約用于農膜，約52噸（約噸（約4.8%）用于拉伸膜，雖然小但是增長快，約）用于拉伸膜，雖然小但是增長快，約63噸（約噸（約5.9%）用于其它應用。用于其它應用。 目前，全世界每年塑料產量達目前，全世界每年塑料產量達2.5億噸億噸，2010年，我國塑料制品產量為年，我國塑料制品產量為5830萬噸，消萬噸，消費量超過費量超過5600萬噸，其中，用于包裝

6、的塑料薄膜以及農用地膜這類不易回收利用的萬噸，其中，用于包裝的塑料薄膜以及農用地膜這類不易回收利用的塑料制品年產量已經超過塑料制品年產量已經超過700萬噸，泡沫塑料年產量已超過萬噸，泡沫塑料年產量已超過200萬噸，每年有萬噸，每年有500萬噸萬噸塑料廢棄物作為垃圾廢棄。塑料廢棄物作為垃圾廢棄。 8 9 處理廢棄塑料的主要方法：處理廢棄塑料的主要方法：n 焚燒，焚燒， 在野外或利用專用設備焚燒處理掉在野外或利用專用設備焚燒處理掉; ;n 掩埋，掩埋， 深挖深埋深挖深埋; ;n 回收利用，作為熱能、化學原料和原材料進行回收回收利用，作為熱能、化學原料和原材料進行回收. . 10以上方法都有缺點：以

7、上方法都有缺點： 焚燒時產生的氣體不僅污染大氣，而且容易腐蝕設備；焚燒時產生的氣體不僅污染大氣，而且容易腐蝕設備； 掩埋需占用大量土地，對我們這樣人多地少的國家尤其掩埋需占用大量土地，對我們這樣人多地少的國家尤其不適用，而且易造成土壤和地下水的污染；不適用，而且易造成土壤和地下水的污染； 目前回收成本偏高目前回收成本偏高, , 混有塑料的生活垃圾不適用于堆肥混有塑料的生活垃圾不適用于堆肥處理，分揀出來的廢塑料也因無法保證質量而很難回收利處理，分揀出來的廢塑料也因無法保證質量而很難回收利用用 11 傳統的包裝材料主要成分是聚乙烯傳統的包裝材料主要成分是聚乙烯( PE) ( PE) 、聚氯乙烯、聚

8、氯乙烯(PVC) (PVC) 和聚偏二氯乙烯和聚偏二氯乙烯( PVDC) ( PVDC) ，它們在生產過程中都添加，它們在生產過程中都添加了一定量的了一定量的增塑劑增塑劑, ,如如鄰苯二甲酸二辛酯鄰苯二甲酸二辛酯(DOP)(DOP) 。 增塑劑對人體的危害要比預計高的多增塑劑對人體的危害要比預計高的多, ,長期接觸增塑劑長期接觸增塑劑 會對人的內分泌系統和中樞神經系統造成傷害。會對人的內分泌系統和中樞神經系統造成傷害。 PVC PVC 和和PVDC PVDC 在使用過程中遇油、高溫會釋放出氯乙烯單體在使用過程中遇油、高溫會釋放出氯乙烯單體 , ,氯代氯代烴已被證實具有致癌作用。烴已被證實具有致

9、癌作用。 12 大量的塑料廢棄物留在公共場所和海洋中，或殘留在耕地的大量的塑料廢棄物留在公共場所和海洋中，或殘留在耕地的土層中。土層中。 這些塑料垃圾影響市容、危害環境，形成巨大的這些塑料垃圾影響市容、危害環境，形成巨大的“白色污染白色污染”源，造成土壤板結、水質惡化，妨礙動植物生長，危及人類健源，造成土壤板結、水質惡化，妨礙動植物生長，危及人類健康和生存康和生存，成為世界性公害，成為世界性公害。 因此從環境保護和經濟價值兩方面考慮，研究和發展因此從環境保護和經濟價值兩方面考慮，研究和發展可降可降解塑料解塑料是塑料發展的必然趨勢。是塑料發展的必然趨勢。 意大利、丹麥、瑞士、瑞典及美國的一些州已

10、立法，意大利、丹麥、瑞士、瑞典及美國的一些州已立法，禁止禁止使用那些使用那些“短期使用短期使用”的非降解塑料的非降解塑料，對使用者加以附加稅。，對使用者加以附加稅。我國的一些城市也已作出規定，我國的一些城市也已作出規定，禁止使用非降解的一次性快餐禁止使用非降解的一次性快餐盒盒。 13環境降解塑料環境降解塑料是指一類其制品的各項性能是指一類其制品的各項性能可滿足使用要求可滿足使用要求, , 在保存期內性能不變在保存期內性能不變, , 而而使用后在自然環境條件下使用后在自然環境條件下, , 能降解成對環境能降解成對環境無害的物質的塑料。無害的物質的塑料。6.2 6.2 降解塑料的主要類型降解塑料的

11、主要類型 14環境降解塑料環境降解塑料光降解塑料光降解塑料生物降解塑料生物降解塑料化學降解塑料化學降解塑料雙降解塑料雙降解塑料熱氧降解塑料、避光繼續氧化降解塑料熱氧降解塑料、避光繼續氧化降解塑料合成高分子型合成高分子型添加型光降解塑料添加型光降解塑料化學合成型高分子化學合成型高分子微生物合成型微生物合成型天然高分子型天然高分子型填充型填充型水降解型水降解型溶劑降解型溶劑降解型光光-生物雙降解生物雙降解 氧化氧化- -生物雙降解生物雙降解生物生物-化學雙降解化學雙降解光光-化學雙降解化學雙降解 15 光降解塑料光降解塑料是指該塑料在日光照射下發生裂化分解是指該塑料在日光照射下發生裂化分解反應，使

12、材料于日光照射后一段時間內失去機械強度，反應，使材料于日光照射后一段時間內失去機械強度，達到分解的目的。達到分解的目的。 6.2.1 6.2.1 光降解塑料光降解塑料 常用的塑料，如聚乙烯常用的塑料，如聚乙烯(PE)(PE)等受光的照射不能發生等受光的照射不能發生分解。這是因為照射到地球表面的分解。這是因為照射到地球表面的波長為波長為290-400nm290-400nm的近的近紫外光紫外光的光能比共價鍵的離解能小得多的光能比共價鍵的離解能小得多。但如果某種塑。但如果某種塑料料含有醛、酮等羰基以及雙鍵含有醛、酮等羰基以及雙鍵，就能吸收光能，進而引，就能吸收光能，進而引起降解。起降解。 如果要使聚

13、乙烯發生降解，可在聚乙烯基材中添加如果要使聚乙烯發生降解，可在聚乙烯基材中添加光敏劑，由光敏劑吸收更大的光能后產生自由基，然后光敏劑，由光敏劑吸收更大的光能后產生自由基，然后促使其發生氧化反應而降解。促使其發生氧化反應而降解。 16光降解塑料的制備方法有兩種：光降解塑料的制備方法有兩種：n 一種是把含有發色基團的一種是把含有發色基團的光敏化物質或光分解劑光敏化物質或光分解劑混入混入聚合物材料中聚合物材料中, , 如如金屬氧化物、鹽、有機金屬化合物、多金屬氧化物、鹽、有機金屬化合物、多核芳香化合物、羰基化合物等核芳香化合物、羰基化合物等, , 由這些物質吸收光能后由這些物質吸收光能后( (主主要

14、是紫外線要是紫外線) ) 產生自由基產生自由基, , 或者將激發態能量傳遞給聚合或者將激發態能量傳遞給聚合物材料使其產生自由基物材料使其產生自由基, , 然后促使高分子材料發生氧化反然后促使高分子材料發生氧化反應達到劣化的目的。應達到劣化的目的。 17 18n 另一種方法是將適當的另一種方法是將適當的光敏感基團光敏感基團( (如一如一c co)o)引入高分子引入高分子結構中結構中而賦予高分子材料光降解的特性。而賦予高分子材料光降解的特性。 目前合成的光降解聚合物目前合成的光降解聚合物, , 主要是烯烴和一氧化碳或烯主要是烯烴和一氧化碳或烯酮類單體的共聚物酮類單體的共聚物, ,這樣就可以得到這樣

15、就可以得到含有羰基結構含有羰基結構可以發生光可以發生光降解的降解的PEPE、PPPP、PVCPVC、PETPET、PAPA等等. . 19 生物降解塑料生物降解塑料是指一類由自然界存在的微生物如細是指一類由自然界存在的微生物如細菌、霉菌（真菌）和藻類的作用而引起降解的塑料。菌、霉菌（真菌）和藻類的作用而引起降解的塑料。6.2.2 6.2.2 生物降解塑料生物降解塑料 理想的生物降解塑料理想的生物降解塑料是一種具有優良的使用性能、是一種具有優良的使用性能、廢棄后可被環境微生物完全分解、最終被無機化而成為廢棄后可被環境微生物完全分解、最終被無機化而成為自然界中碳素循環的一個組成部分的高分子材料。自

16、然界中碳素循環的一個組成部分的高分子材料。 20 根據降解破壞的最終形式，生物降解塑料可分為根據降解破壞的最終形式，生物降解塑料可分為完全生物完全生物降解塑料降解塑料和和生物破壞性生物破壞性( (或稱崩潰性或稱崩潰性) )塑料塑料兩種。兩種。 完全生物降解塑料完全生物降解塑料在微生物作用下，在一定時間內完全分解在微生物作用下，在一定時間內完全分解為二氧化碳和水等小分子化合物，主要是由天然高分子（如淀為二氧化碳和水等小分子化合物，主要是由天然高分子（如淀粉、纖維素、甲殼質）或農副產品經微生物發酵或合成具有生粉、纖維素、甲殼質）或農副產品經微生物發酵或合成具有生物降解性的高分子制得，如熱塑性淀粉塑

17、料、脂肪族聚酯、聚物降解性的高分子制得，如熱塑性淀粉塑料、脂肪族聚酯、聚乳酸、淀粉乳酸、淀粉/ /聚乙烯醇等均屬這類塑料。聚乙烯醇等均屬這類塑料。 生物破壞性塑料生物破壞性塑料則僅分解為散亂碎片。包括淀粉基塑料（淀則僅分解為散亂碎片。包括淀粉基塑料（淀粉改性（或填充）聚乙烯粉改性（或填充）聚乙烯PEPE、聚丙烯、聚丙烯PPPP、聚氯乙烯、聚氯乙烯PVCPVC、聚苯乙、聚苯乙烯烯PSPS等）、纖維素基塑料（與殼聚糖、蛋白質等共混）、蛋白等）、纖維素基塑料（與殼聚糖、蛋白質等共混）、蛋白質基塑料（明膠與乙基丙烯酸酯共聚）。質基塑料（明膠與乙基丙烯酸酯共聚）。 21無機生物材料聚羥基脂聚羥基脂肪酸酯

18、肪酸酯淀粉淀粉聚乳酸聚乳酸聚己聚己內酯內酯聚丁二聚丁二酸丁二酸丁二醇酯醇酯五大熱門可降五大熱門可降解材料解材料近年來比較活躍近年來比較活躍最理想的生物可降解材料是利用可再最理想的生物可降解材料是利用可再生資源，即利用生物合成的方法得到生資源，即利用生物合成的方法得到的生物材料。這種生物材料可以被生的生物材料。這種生物材料可以被生物所重新利用，能夠降解，產物最好物所重新利用，能夠降解，產物最好是二氧化碳和水，從而使這種材料的是二氧化碳和水，從而使這種材料的生產和使用納入自然界的循環。生產和使用納入自然界的循環。生物降解材料的種類生物降解材料的種類 22無機生物材料 淀粉及其衍生物因為生物降解性好

19、，價格低廉而被改性作為淀粉及其衍生物因為生物降解性好，價格低廉而被改性作為填充塑料的重點，并且其接枝物在很多方面具有廣泛的應用前填充塑料的重點，并且其接枝物在很多方面具有廣泛的應用前景。景。 利用植物中的淀粉、纖維素和木質素等，以及利用動物中的利用植物中的淀粉、纖維素和木質素等，以及利用動物中的殼聚糖、氨基葡聚糖、動物膠，以及海洋生物的藻類等，可制殼聚糖、氨基葡聚糖、動物膠，以及海洋生物的藻類等，可制造有價值的生物可降解聚合物。造有價值的生物可降解聚合物。 高含量淀粉基聚合物則可以做為完全生物降解型聚合物。因高含量淀粉基聚合物則可以做為完全生物降解型聚合物。因而，將淀粉改性后，與而，將淀粉改性

20、后，與聚己內酯等聚己內酯等合成的降解聚合物共混，以合成的降解聚合物共混，以此來提高材料的降解性和力學性能，已經成為當前生物降解材此來提高材料的降解性和力學性能，已經成為當前生物降解材料研究的熱點之一。料研究的熱點之一。（1 1）淀粉及其它天然聚合物）淀粉及其它天然聚合物 23無機生物材料23環保玉米淀粉牙簽環保玉米淀粉牙簽 淀粉的用途十分廣泛淀粉的用途十分廣泛, ,可制作粘膠可制作粘膠, ,塑料塑料, ,食品等食品等多種產品。如名菜豬肉燉多種產品。如名菜豬肉燉粉條是用紅薯淀粉做的，粉條是用紅薯淀粉做的，龍口粉絲是用綠豆淀粉做龍口粉絲是用綠豆淀粉做的。淀粉牙簽一般是用玉的。淀粉牙簽一般是用玉米和

21、綠豆的淀粉制成。米和綠豆的淀粉制成。 淀粉牙簽淀粉牙簽經濟環保，經濟環保，能避免大量森林資源被砍能避免大量森林資源被砍伐，它是國際綠色工業浪伐，它是國際綠色工業浪潮的必然產物，具有很強潮的必然產物，具有很強的市場潛力和競爭力。的市場潛力和競爭力。 24n據統計，每年約超過據統計，每年約超過1 1億噸億噸甘蔗甘蔗用來制作白糖，而用來制作白糖，而產出的甘蔗渣占據其中的三成，這是一筆相當可產出的甘蔗渣占據其中的三成，這是一筆相當可觀的可回收資源。觀的可回收資源。 25n這面墻的裝飾是由這面墻的裝飾是由WallArtWallArt用甘蔗渣作材料制成用甘蔗渣作材料制成的，回收率達的，回收率達100%10

22、0%，不僅提供了生態友好的，不僅提供了生態友好的3D3D墻墻壁效果，而且完全可生物降解。壁效果，而且完全可生物降解。 26 由生物合成的聚乳酸可作為天然生物材料，由生物合成的聚乳酸可作為天然生物材料，它是由生物發酵產生的乳酸經人工化學合成它是由生物發酵產生的乳酸經人工化學合成而得到的聚合物，但仍保持著良好的生物相而得到的聚合物，但仍保持著良好的生物相容性和生物可降解性，具有與聚酯相似的防容性和生物可降解性，具有與聚酯相似的防滲透性，同時具有與聚苯乙烯相似的光澤度、滲透性，同時具有與聚苯乙烯相似的光澤度、透光性和加工性。透光性和加工性。無機生物材料2626（2 2）聚乳酸玉米塑料）聚乳酸玉米塑料

23、 27 聚乳酸聚乳酸“玉米塑料玉米塑料” 解決石油解決石油危機的明燈危機的明燈玉米、小麥、玉米、小麥、木薯等一些植木薯等一些植物中提取的淀物中提取的淀粉為最初原料粉為最初原料 28乳酸乳酸即即2-2-羥基丙酸：羥基丙酸： 合成：合成： 29生物降解：生物降解： 不會對環境產生污染不會對環境產生污染, ,因而是一種完全自然循環型的可因而是一種完全自然循環型的可生物降解材料。生物降解材料。 30淀粉淀粉乳酸乳酸植物光合作用植物光合作用COCO2 2和水和水乳酸乳酸聚乳酸聚乳酸塑料制品塑料制品聚乳酸廢棄物聚乳酸廢棄物發酵發酵聚合聚合酶水解酶水解微生物微生物代謝代謝陽陽光光生物降解塑料生物降解塑料又稱

24、為生態塑又稱為生態塑料料 31聚乳酸應用：聚乳酸應用：無機生物材料聚乳酸包裝袋聚乳酸包裝袋31 32聚乳酸薄膜生產線聚乳酸薄膜生產線 33聚乳酸紡織品聚乳酸紡織品n聚乳酸纖維是由聚乳酸樹聚乳酸纖維是由聚乳酸樹脂經常規紡絲工藝制得的脂經常規紡絲工藝制得的生物合成纖維，其生物合成纖維，其物理性物理性能接近錦綸和滌綸，透氣能接近錦綸和滌綸，透氣性和手感都好于滌綸，不性和手感都好于滌綸，不易起靜電，具有生物相容易起靜電，具有生物相容性、舒適性好，性、舒適性好，可制成復可制成復絲、單絲、短纖維、針織絲、單絲、短纖維、針織物、非織造布等。用聚乳物、非織造布等。用聚乳酸纖維制備的酸纖維制備的內衣具有寬內衣具

25、有寬松舒適、透氣、導濕吸汗松舒適、透氣、導濕吸汗等優點等優點, ,好似人體的第二層好似人體的第二層皮膚皮膚。 34 豐富的豐富的PLAPLA制品制品 35 36n聚乳酸聚乳酸(PLA)(PLA)壁紙壁紙 37聚乳酸人造皮膚聚乳酸人造皮膚聚乳酸導管支架聚乳酸導管支架無機生物材料 38組織工程耳朵組織工程耳朵組織工程支架示意圖組織工程支架示意圖無機生物材料 39n聚羥基脂肪酸酯聚羥基脂肪酸酯( (PHAPHA，polyhydroxyalkanoates)polyhydroxyalkanoates)，是近，是近2020多年迅速發展起來的生物多年迅速發展起來的生物高分高分子材料子材料，是很多微生物合成

26、的一種，是很多微生物合成的一種細胞內聚酯細胞內聚酯，是一種天然的高分子生物材料。，是一種天然的高分子生物材料。n因為因為PHAPHA同時具有良好的生物相容性能同時具有良好的生物相容性能 生物可降解性和塑料的熱加工性能。可作為生物生物可降解性和塑料的熱加工性能。可作為生物醫用材料和生物可降解醫用材料和生物可降解包裝材料包裝材料。PHAPHA還具有非線性光學性還具有非線性光學性 壓電性壓電性 氣體相隔性等很多氣體相隔性等很多高附加值性能。高附加值性能。 （3）聚羥基烷酸酯根據組成根據組成PHAPHA分成兩大類分成兩大類: :一類是短鏈一類是短鏈PHA(PHA(單體為單體為C3-C5)C3-C5)，

27、一類是中長鏈，一類是中長鏈PHA(PHA(單體為單體為C6-C14)C6-C14) 40PHA結構多元化可通過改變菌種 給料 發酵過程實現 41 42 PHA PHA生產的另一條可行的途徑是利用轉基因植生產的另一條可行的途徑是利用轉基因植物來實現。物來實現。n采用基因遺傳技術采用基因遺傳技術將能產生聚合物的生物基因植入油將能產生聚合物的生物基因植入油菜籽菜籽，這種油菜籽生長成的油菜，這種油菜籽生長成的油菜，種子和葉片均含有種子和葉片均含有大量的聚合物大量的聚合物，將這種物質提煉后，即可加工成各種，將這種物質提煉后，即可加工成各種家用塑料制品及塑料管道。家用塑料制品及塑料管道。nPHAPHA在植

28、物中的合成，可以利用光能消耗二氧化碳，成在植物中的合成，可以利用光能消耗二氧化碳，成為一種可持續為一種可持續 可再生的材料生產方式。現在可再生的材料生產方式。現在已在煙已在煙草草 馬鈴薯馬鈴薯 棉花棉花 油菜油菜 玉米玉米 苜蓿等植物中實現苜蓿等植物中實現了包括了包括 PHBPHB PHBVPHBV以及中長鏈以及中長鏈PHAPHA等不同等不同PHAPHA的合成。的合成。 43n目前目前PHAPHA的價格還很難和石油化工塑料相競爭，而的價格還很難和石油化工塑料相競爭，而聚丙聚丙稀的價格低于稀的價格低于1 1美元美元/kg/kg，而一些，而一些最便宜的生物可降解最便宜的生物可降解塑料的價格為塑料的

29、價格為3-63-6美元美元 /Kg/Kg，而當今理想的，而當今理想的PHBPHB的生產的生產成本為成本為4 4美元美元/kg/kg，隨著規模的擴大，生產成本將進一，隨著規模的擴大，生產成本將進一步降低，但很難達到步降低，但很難達到2-32-3美元美元/kg/kg，這主要是由于細菌，這主要是由于細菌發酵底物成本所決定。發酵底物成本所決定。 n但通過轉基因植物的但通過轉基因植物的PHAPHA合成，有望將合成，有望將PHAPHA的成本大大的成本大大降低，因為植物利用二氧化碳和太陽能生產植物油和降低，因為植物利用二氧化碳和太陽能生產植物油和淀粉的成本分別為淀粉的成本分別為0.5-10.5-1美元美元/

30、kg/kg和和0.250.25美元美元/kg/kg，另外，另外植物中植物中PHAPHA的提取過程也有了較好的研究，提取成本不的提取過程也有了較好的研究，提取成本不高于細菌中高于細菌中PHAPHA的提取成本。的提取成本。 44（4 4）聚丁二酸丁二醇酯（）聚丁二酸丁二醇酯（PBSPBS）n又名聚琥珀酸丁二酯又名聚琥珀酸丁二酯。由丁二酸和丁二醇經縮合聚合由丁二酸和丁二醇經縮合聚合合成而得，樹脂呈乳白色，無嗅無味，易被自然界的合成而得，樹脂呈乳白色，無嗅無味，易被自然界的多種微生物或動植物體內的酶分解、代謝，最終分解多種微生物或動植物體內的酶分解、代謝，最終分解為二氧化碳和水，是典型的可完全生物降解

31、聚合物材為二氧化碳和水，是典型的可完全生物降解聚合物材料。料。 耐熱性能好，熱變形溫度和制品使用溫度可以超過耐熱性能好，熱變形溫度和制品使用溫度可以超過100100。其合成原料來源既可以是石油資源，也可以通。其合成原料來源既可以是石油資源，也可以通過生物資源發酵得到過生物資源發酵得到 45n聚己內酯聚己內酯( PCL ) ( PCL ) 是一種熱塑性聚合物是一種熱塑性聚合物, n , n 大約在大約在100100和和10001000之間。可通過之間。可通過己內酯的開環聚合己內酯的開環聚合反應而得到反應而得到, , 開環開環聚合需要加入催化劑辛酸亞錫聚合需要加入催化劑辛酸亞錫, , 引發劑醇類物

32、質、水等。引發劑醇類物質、水等。nPCLPCL是一種半結晶型聚合物，其熔點為是一種半結晶型聚合物，其熔點為59596464，玻璃化，玻璃化溫度為溫度為-60-60。缺點：熔點低，只有缺點：熔點低，只有6060，而且在，而且在40 40 時時, , 就會變得很軟就會變得很軟, ,故用作模制材料時受到限制。故用作模制材料時受到限制。(C6H10O2)n （3 3）聚己內酯）聚己內酯( PCL )( PCL ) 46PCLPCL有自己的許多優點：有自己的許多優點：其結構重復單元上有其結構重復單元上有5 5個非極性亞甲基個非極性亞甲基CHCH2 2 和一個極性和一個極性酯基酯基COOCOO， 這樣的結

33、構使得這樣的結構使得PCLPCL具有很好的柔韌性和具有很好的柔韌性和加工性，同時這種材料具有很好的生物相容性加工性，同時這種材料具有很好的生物相容性, ,使之具有使之具有作為手術縫合線、醫療器械的功能。作為手術縫合線、醫療器械的功能。分子結構中引入了酯基結構分子結構中引入了酯基結構COOCOO，在自然界中酯基結，在自然界中酯基結構易被微生物或酶分解，最終產物為構易被微生物或酶分解，最終產物為COCO2 2和和H H2 2O.O.與其他通用的合成塑料具有較好的相容性與其他通用的合成塑料具有較好的相容性, , 易與其它聚易與其它聚合物共混改性。與淀粉等物質共混，可制得完全生物降合物共混改性。與淀粉

34、等物質共混，可制得完全生物降解材料。解材料。COOCH2CH2CH2CH2CH2CH2 47 光光- -生物雙降解塑料即是在光和生物雙重作用下具有生物雙降解塑料即是在光和生物雙重作用下具有協同降解效果的塑料。這種塑料所以能夠雙降解，關鍵協同降解效果的塑料。這種塑料所以能夠雙降解，關鍵決定于它的整體材料中加有決定于它的整體材料中加有兩種誘發劑兩種誘發劑，即在材料中摻，即在材料中摻混有混有生物降解劑淀粉生物降解劑淀粉，還摻有誘發光化學反應的，還摻有誘發光化學反應的可控光可控光降解的光敏劑降解的光敏劑或被人稱之為或被人稱之為“定時器定時器”的的復配光敏劑復配光敏劑以以及自動氧化劑等及自動氧化劑等助降

35、解劑助降解劑。 這種方法這種方法不僅克服了無光或光照不足時不易降解和不僅克服了無光或光照不足時不易降解和降解不徹底的缺陷，還克服了生物降解塑料加工復雜，降解不徹底的缺陷，還克服了生物降解塑料加工復雜，成本太高不易推廣的弊端成本太高不易推廣的弊端。6.2.3 6.2.3 光光- -生物雙降解塑料生物雙降解塑料 48其中可控光降解的光敏劑在規定的誘導期之前不使塑其中可控光降解的光敏劑在規定的誘導期之前不使塑料降解，具有理想的可控光分解曲線，在誘導期內力料降解，具有理想的可控光分解曲線，在誘導期內力學性能保持在學性能保持在(80(80) ) 以上，達到使用期后，力學性能以上，達到使用期后，力學性能迅

36、速下降。迅速下降。而且它還可以通過調整其間的濃度比，使塑料定時分而且它還可以通過調整其間的濃度比，使塑料定時分解成碎片，接著在自動氧化劑和微生物對淀粉的共同解成碎片，接著在自動氧化劑和微生物對淀粉的共同作用下，此種材料將很快的被分解。比如過氧化異丙作用下，此種材料將很快的被分解。比如過氧化異丙苯（苯（DCPDCP），能夠促使低分子量組份所生成的極性基團），能夠促使低分子量組份所生成的極性基團分解而加速劣化，與土壤中有機金屬鹽作用，對生物分解而加速劣化，與土壤中有機金屬鹽作用，對生物降解塑料會降解塑料會. . 49 光光- -生物雙降解塑料的制備與加工（三步）：生物雙降解塑料的制備與加工（三步）

37、：第一步在低于增塑劑沸點（一般第一步在低于增塑劑沸點（一般120120170170C C）的）的 情況下情況下將將解體劑解體劑放入擠出機或混煉機中放入擠出機或混煉機中與淀粉混合與淀粉混合，導致，導致淀粉淀粉解體改性解體改性。這種解體劑是由脲、交聯劑、堿或堿土金屬。這種解體劑是由脲、交聯劑、堿或堿土金屬氫氧化物及高沸點的增塑劑組成。氫氧化物及高沸點的增塑劑組成。第二步是將第二步是將光敏劑（金屬鹽類）、自動氧化劑、生物降光敏劑（金屬鹽類）、自動氧化劑、生物降解促進劑等解促進劑等與解體改性淀粉和與解體改性淀粉和一定量的樹脂一定量的樹脂一起混合均一起混合均勻后擠出形成勻后擠出形成降解母料降解母料。第三

38、步是將降解母料與所用樹脂及其它助劑共同第三步是將降解母料與所用樹脂及其它助劑共同混合均混合均勻后擠出勻后擠出。 50 6.2.4 6.2.4 氧化氧化- -生物雙降解塑料生物雙降解塑料 51n氧化氧化- -生物降解塑料（生物降解塑料（生物降解助劑生物降解助劑 + + 普通普通PEPE）基于催化劑原理，基于催化劑原理，初期的初期的PEPE聚合物鏈斷裂是由聚合物鏈斷裂是由氧化作用引發的氧化作用引發的，比如熱，機械應力和陽光。，比如熱，機械應力和陽光。優點是價格不貴，可以被用于普通聚合物（比優點是價格不貴，可以被用于普通聚合物（比如如PEPE， PPPP， PVCPVC）。）。n不改變聚合物比如不改

39、變聚合物比如PEPE的加工過程，產品壽命周的加工過程，產品壽命周期和分解時間可以控制。缺點是分解速度相對期和分解時間可以控制。缺點是分解速度相對較慢，可能不能符合某些國家目前關于工業化較慢，可能不能符合某些國家目前關于工業化混合肥料的規定。混合肥料的規定。 52Tesco adopts 100% degradable plastic bags加拿大加拿大EPIEPI公司開發的氧化公司開發的氧化- -生物降解塑料添加劑技術應用于生物降解塑料添加劑技術應用于傳統聚烯烴塑料制品。傳統聚烯烴塑料制品。 53 54Mechanism: Oxo-biodegradation of a plastic ABC300,000100,00030,000average molecular weight Oxidative Degradation Biode