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| 塑料聚合物質(zhì)先經(jīng)受不同程度的光降解作用 | |||||||||||
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塑料是人工合成的高分子聚合物,應(yīng)用十分廣泛,目前塑料已經(jīng)成為生產(chǎn)及生活的必需品。由于具有生物學(xué)惰性,蟈料很難被微生物降解。因此,塑料已經(jīng)成為環(huán)境中的重要污染物質(zhì)。塑料可被有些微生物分解,但分解速度十分緩慢。微生物主要作用于塑料制品中所含有的增塑劑。聚氯乙烯塑料可含高達(dá)50%的增塑劑,當(dāng)增塑劑為癸二酸酯時(shí),在土壤中放置14天后,約有40%的增塑劑被微生物降解。
世界塑料年總產(chǎn)量現(xiàn)已超過1.7億噸,用途滲透到國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民生活的各個(gè)領(lǐng)域,和鋼鐵、木材、水泥并列為四大支柱材料。這些用途小到我們生活中經(jīng)常使用的小塑料袋、塑料盆等,大到國(guó)防中的飛機(jī)、火箭等。然而,隨著塑料產(chǎn)量不斷增長(zhǎng),用途不斷擴(kuò)大,其廢棄物也日益增多。由于它們用后在自然環(huán)境中難以降解、腐爛,嚴(yán)重污染環(huán)境。由大量的廢棄塑料袋、一次性餐具引起的“白色垃圾”問題已成為“百年難題”,嚴(yán)重污染環(huán)境,影響人們的生活。由于塑料是一種很難處理的生活垃圾,它混入土壤能夠影響作物吸收水分和養(yǎng)分,導(dǎo)致農(nóng)作物減產(chǎn);填埋起來,占用土地并且上百年才可以降解。大量散落的塑料還容易造成動(dòng)物誤食致死,北京南苑的麋鹿因誤食附近垃圾場(chǎng)飛入的塑料袋而死于非命。塑料易成團(tuán)成捆,它甚至能堵塞水流,造成水利設(shè)施、城市設(shè)施故障,釀成災(zāi)害。不僅如此,甚至在太空的飛行員都能發(fā)現(xiàn)它們飛舞的身影,而且束手無策、避之不及,唯恐釀成大禍。
真菌、細(xì)菌和放線菌中的某些種類,細(xì)胞的生長(zhǎng)可引起塑料制晶的機(jī)械損壞,它們的代謝產(chǎn)物直接作用于塑料,細(xì)胞分泌的酶對(duì)聚合物內(nèi)的某些組分的氧化分解等都可促進(jìn)塑料的降解,對(duì)合成塑料的生物降解有重要意義。
如果塑料聚合物質(zhì)先經(jīng)受不同程度的光降解作用,生物降解就容易得多。經(jīng)光降解后的塑料成為粉末狀,如果相對(duì)分子質(zhì)量降到5000以下,便易于為微生物利用。經(jīng)光解的聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯的分解產(chǎn)物中有苯甲酸、CO2和H2O。光解后的聚丙烯塑料及聚乙烯塑料,在土壤微生物類群的作用下,約1年后即可完全礦化。不過,自然土壤中能利用光降解膜殘?bào)w中的碳作為碳源而生長(zhǎng)的微生物為數(shù)不多,主要是曲霉等。
目前已有很多方法用來處理“白色垃圾”問題,包括焚燒、填埋等。但是,廢棄塑料焚燒時(shí),將對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的二次污染而填埋又會(huì)造成土地資源的浪費(fèi)。因此,標(biāo)本兼治是解決問題的最好辦法,專家認(rèn)為,一方面應(yīng)及時(shí)有效地處理既生垃圾,一方面用能降解、易降解的制品代替塑料。為解決這個(gè)問題,高效降解塑料的研究開發(fā)已成為塑料界、包裝界的重要課題,而且成為全球熱點(diǎn)。由于降解塑料在一定條件下最終會(huì)轉(zhuǎn)化成對(duì)環(huán)境無害的產(chǎn)物,因此我們又稱其為“綠色塑料”。這些塑料有的可以通過吸收太陽光,通過光化學(xué)反應(yīng)而分解,我們稱其為“光降解塑料”;有的可以通過微生物作用而分解,我們稱其為“生物降解塑料”;有些則可以通過空氣中光和氧氣的作用而分解,我們稱其為“化學(xué)降解塑料”。為了保護(hù)環(huán)境、減少難降解翅料所造成的環(huán)境污染,目前,可降解無污染塑料正在研究開發(fā)和使用中。這種塑料可在自然環(huán)境中被微生物的分解作用轉(zhuǎn)化為CO2和H2O。
我國(guó)光降解塑料的研究開發(fā)起始于20世紀(jì)70年代中期,90年代隨著環(huán)保呼聲日益高漲,降解塑料如雨后春筍般蓬勃發(fā)展。1998年11月,一種以秸桿作成的一次性餐具首次擺上了北京百盛購物中心的快餐桌。這種餐具不但安全衛(wèi)生,而且一次性使用后入土即為肥料,入水可成為魚飼料,棄置路邊,幾天后就隨風(fēng)而去了。在1998年12月13日的“綠色一次性餐具交流會(huì)”上,100多家企業(yè)展示了他們用稻殼、紙漿、淀粉等為原料制作的餐具。一種生物全降解一次性快餐盒經(jīng)北京一輕研究所30多名研究人員近三年的研究,日前已通過檢測(cè)。測(cè)試證實(shí),該餐盒使用后暴露在大自然中,40天內(nèi)全部變?yōu)樗投趸?。這種餐盒以淀粉(玉米、木薯淀粉)為原料,加入一年生植物纖維粉和生物防水膠噴注到模具內(nèi)加熱發(fā)泡成型。各種新生的替代產(chǎn)品正處在起步階段,但尚沒有達(dá)到大規(guī)模生產(chǎn)推廣的水平。
降解塑料有生物降解塑料
由微生物合成的生物降解塑料,簡(jiǎn)稱生物塑料,包括生物聚酯、生物纖維素、多糖類和聚氨基酸等,是一類能完全被自然界中的微生物降解的塑料。
淀粉塑料:含淀粉在90%以上,添加的其他組份也是能完全降解的,在(1月~1年)完全生物降解而不留任何痕跡,無污染,可用于制造各種容器、瓶罐、薄膜和垃圾袋等。
需要說明的是,我國(guó)目前生產(chǎn)的淀粉塑料絕大多數(shù)為填充型淀粉塑料,即在非生物降解的高分子材料中添加一定比例的淀粉,通過淀粉的生物降解而致使整個(gè)材料物理性能崩潰,促使大量端基暴露以致氧化降解,但這種“崩潰”后的剩余部分中的PE、PVC等均不可能降解而一直殘留于土壤中,日積月累當(dāng)然會(huì)造成污染,因此國(guó)外將此類產(chǎn)品歸屬為淘汰型。
光降解塑料:光降解塑料是指在光的作用下能發(fā)生降解的塑料。
按制造方法可將光降解塑料分成合成型降解塑料和添加型降解塑料。
a、乙烯/一氧化碳共聚物(E/CO):光降解以主鏈斷裂為特征。 E/CO的光降解速度和程度與鏈所含的酮基的量有關(guān),含量越高,降解速度越快,程度也越大。美國(guó)德克薩斯州的科學(xué)家曾對(duì)E/CO進(jìn)行過戶外曝曬實(shí)驗(yàn),在陽光充足的六月,E/CO最快只需幾天便可降解。
b、乙烯基類/乙烯基酮類共聚物(Ecolyte):Ecolyte分子側(cè)鏈上的酮基在自然光的作用下可發(fā)生分解。 Ecolyte的光降解性能優(yōu)于E/CO,但成本也較高。這類聚合物的缺點(diǎn)是一旦見光就開始發(fā)生降解,幾乎沒有誘導(dǎo)期,需要加入抗氧劑以達(dá)到調(diào)節(jié)誘導(dǎo)期的目的。
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