高分子的发展前景

高分子材料

高分子材料：以高分子化合物为基础的材料，高分子材料是由相对分子质量较高的化合物构成的材料，包括橡胶、塑料、纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料，由千百个原子彼此以共价键结合形成相对分子质量特别大、具有重复结构单元的有机化合物。

高分子的分子量从几千到几十万甚至几百万，所含原子数目一般在几万以上，而且这些原子是通过共价键连接起来的。高分子化合物中的原子连接成很长的线状分子时，叫线型高分子(如聚乙烯的分子)。如果高分子化合物中的原子连接成网状时，这种高分子由于一般都不是平面结构而是立体结构，所以也叫体型高分子。

二、高分子材料按来源分类

高分子材料按来源分，可分为天然高分子材料、半合成高分子材料（改性天然高分子材料）和合成高分子材料。

天然高分子材料包括纤维素、蛋白质、蚕丝、橡胶、淀粉等。合成高分子材料以及以高聚物为基础的，如各种塑料，合成橡胶，合成纤维、涂料与粘接剂等。

三、生活中的高分子材料

生活中的高分子材料很多，如蚕丝、棉、麻、毛、玻璃、橡胶、纤维、塑料、高分子胶粘剂、高分子涂料和高分子基复合材料等。下面就以塑料和纤维素举例说明。

--可降解塑料

【摘要】： 高分子应用在生活中各个地方，塑料便是其中应用较为广泛的。塑料在生活起重大作用，但其也给环境带来了危害。如何解决由塑料制品锁造成的白色污染是全人类共同面临的问题。目前，在诸多的解决方案中，开发可降解塑料成为全球瞩目的热点。本文就可降解塑料的定义、分类、性能、应用、及其开发趋势和发展前景进行说明和阐述。

【关键词】：高分子材料,可降解塑料,光降解塑料,生物降解塑料,天然高分子改性降解塑料

【正文】：

塑料是一种合成高分子材料，又可称为高分子或巨分子，也是一般所俗称的塑料或树脂，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，它的主要成分是合成树脂。

塑料具有质轻，化学性稳定,不会锈蚀，耐冲击性、绝缘性好，导热性低，透明性和耐磨耗性佳等优点。另一方面，塑料对

环境有严重的污染性：1、污染范围广。2、污染物增长量快。由于塑料廉价，、易老化、寿命较短，随着塑料量的增加，导致废弃物的迅速增长美国专家估计每10年将增加一倍；3、处理困难。

4、回收利用困难。5、生态环境危害大，废弃塑料会降低耕地质量，影响农作物生长。

如何解决由塑料制品锁造成的白色污染是全人类共同面临的问题。目前，在诸多的解决方案中，开发可降解塑料成为全球瞩目的热点。

一、 可降解塑料的定义及分类 可降解塑料是指在生产过程中加入一定量的添加剂（如淀粉、改性淀粉或其它纤维素、光敏剂、生物降解剂等），稳定性下降，较容易在自然环境中降解的塑料。

可降解的塑料一般分为四大类：

光降解塑料 在塑料中掺入光敏剂，在日照下使塑料逐渐分解。它属于较早的一代降解塑料，其缺点是降解时间因日照和气候变化难以预测，因而无法控制降解时间。

生物降解塑料 在微生物的作用下，可完全分解为低分子化合物的塑料。其特点是贮存运输方便，只要保持干燥，不需避光，应用范围广，不但可以用于农用地膜、包装袋，而且广泛用于医药领域。

光/生物降解 光降解和微生物相结合的一类塑料，它同时具有光和微生物降解塑料的特点。

水降解塑料 在塑料中添加吸水性物质，用完后弃于水中即能溶解掉，主要用于医药卫生用具方面（如医用手套），便于销毁和消毒处理。随着现代生物技术的发展，生物降解塑料越来越受到重视，已经成为研究开发的新一代热点。

形形色色的塑料制品极大地丰富了人们的生活，但废弃塑料在自然界里分解得很慢，完全分解要几十年，甚至上百年，因而塑料的降解和重新利用问题摆在了当今所有环境化学家面前。然而有趣的是，可降解塑料却不是科学家们研制塑料的初衷。目前科学家们正在研制或已经研制成功的可降解塑料应用范围还比较窄，仍然无法取代大众塑料。

二、 可降解塑料的性能及应用

1、 光降解塑料和光-生物降解塑料 光降解塑料就是靠吸收太阳光引起光化学反应而分解的塑料。光降解塑料的制备方法大致有两种：一是在高分子材料中添加光敏感剂，敏感剂吸收光能后能产生的自由基促使高分子材料发生氧化作用，达到裂化的目的；二是利用共聚方式，将适合的光敏感剂倒入高分子结构内赋予材料光降解的特性。常用的光降解及有：金属盐类、二茂铁衍生物类、羧酸盐类、烷基硫代氨基

甲酸铁类等。用此类塑料制成的地膜有三个特点：(1)使用后，在阳光照射下可自行光分解，分解后的小残体可被土壤中的微生物继续分解。（2）使用寿命可以控制。（3）节省回收地膜的费用，并且解决了残膜对土壤和环境的污染。

光降解塑料的降解速度取决于日照的时间和强度，且降解后碎片易形成二次污染。光降解技术与生物降解技术结合，一方面可利用光敏体系的符合配比，用量来实现降解时间人为控制的目的。因此，目前工业化较多的是光降解技术与生物降解技术结合的双降解淀粉塑料。我国现有光-生物降解塑料生产线35条。制约该技术应用的主要原因是生产成本大于普通塑料，难以推广。

2、生物降解塑料

光降解与光-生物降解塑料所用的主要原料是合成高分子单体，不具备环境相溶性，仍会对环境造成二次污染。所以在国际上研究完全生物降解塑料越来越受到重视。完全生物降解塑料可分为三类：微生物合成高分子降解塑料、化学合成高分子降解塑料及天然高分子改性降解塑料。

微生物合成高分子降解塑料

微生物合成高分子降解塑料是采用微生物或基因合成，其中基因合成是最有生命力和广阔前景的合成方法。在众多的微生物合成生物可降解材料中，采用微生物发酵法生产的聚β-羟基

酸酯（简称PHAs）成为人们研究的热点。PHAs作为一种有光学活性的聚酯除具有高分子化合物的基本特性外，还具有很好的生物可相容性。已有研究表明，采用PHAs制作的香波瓶，，在自然环境中九个月后可基本上被完全降解，而同样用合成塑料制成的物品，完全降解时间大约需要100年。目前已鉴定的PHAs约有40 多种，其中聚-β-羟基酸酯（PHB）和3-羟基丁酸酯与3-羟基戊酸酯的共聚物（PHBV）是PHAs的典型代表。它存在于多种微生物中，具有广泛的应用前景。

由PHB制成的一次性塑料制品，其废弃物在生态环境中很容易被土、活性污泥/细菌等分解为二氧化碳和水，不污染环境。另外，由于PHB具有良好的生物相容性，生物机体对PHB不像对其他材料那样具有强烈的排斥作用，在机体内容易被水解成单体β-羟基丁酸，最后通过酮代谢成二氧化碳和水，在医学上可用作外科手术缝合线及药物控制释放体系的载体。

化学合成高分子生物降解塑料 化学合成高分子生物降解塑料是以化学高分子的相关技术为基础采用分子设计的方法生产的一种降解塑料。用这种方法可以合成聚乳酸（PLA）、聚己内酯（PCL）、聚乙烯醇树脂（PVA）等。

在1930年，聚乳酸就作为脂肪族聚合物问世。

天然高分子改性降解塑料 天然高分子大多可以生物降解，但热学、力学性能差，不能满足工程材料的性能要求。天然高分子聚合物降解塑料包括淀粉、前卫苏、木质素、多糖以及蛋白质为基材的复合材料。目前研究而最深的是淀粉基系统，以变性淀粉为主要成分加入少量亲水性可生物降解聚合物（如PVA）为技术路线。由于淀粉基塑料价格低，加工设备简单、降解性能优良而备受青睐，国内外已有多种商品出售。影响淀粉基生物降解塑料推广应用的主要因素有：消耗大量粮食；力学性能欠佳；成本高于高于普通塑料10%-20%。据最新报道，我国复旦大学经过10年努力开发出以稻草、木屑为原料，经液化后与异氰酸酯反应合成具有微生物分解性的聚氨酯。该材料不但具有普通聚氨酯的各种优良性能，而且可在指定时间内进行微生物完全分解。

3、 可降解塑料的开发趋势及发展前景

可降解塑料的发展方向：

（1） 积极开发高效廉价光敏剂、氧化剂、生物诱发剂、降解促进剂和稳定剂等，进一步提高可降解塑料的准时可控性、用后快速降解性和完全降解性。

（2） 为避免二次污染，同时保证有丰富的原料，以天然高分子微生物合成高分子的完全生物降解塑料将会越来越受到重视。

（3） 水解性塑料和可食性材料由于具有特殊的功能和用途

二备受瞩目，也成为黄菁适应性材料的热点。

（4） 充分利用基因工程技术培育可生产聚酯的生物性植物

以降低生物降解塑料的成本。

高 分 子 的 发 展 前 景

环境与市政工程学院 应用化学 201011617

杨昆

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