高分子材料与可持续发展

高分子材料与可持续发展学院：电气信息工程学院姓名：***学号：********专业：自动化目录一、前言二、高分子材料简介三、高分子材料本身就是使自然资源得到综合利用的范例四、高分子材料为人类提供了清洁和可再生能源五、高分子材料可用于废弃和污水处理六、高分子废弃物的回收、利用和处理七、结束语前言材料是现代文明和技术进步的基石。

历史学家常用材料来作为历史阶段划分的标志，如石器时代、青铜时代、铁器时代等，可见材料在人类社会发展中的重要地位和作用。

自20世纪20年代以来，高分子科学与技术的发展极为迅猛，高分子材料、特别是合成高分子材料由于其具有的优异性能，已经在信息、生命等新技术领域以及工业、农业、国防、交通等各个经济部门中发挥着重要的作用。

现在高分子材料以大量取代了金属、木材、陶瓷、等材料，人类应用高分子材料的比重正在逐年上升。

汽车轮胎、建筑材料、塑钢门窗、化纤衣服，尼龙丝袜…….用于生活中的高分子材料随处可见。

高分子材料的发展有益于人类社会的可持续发展。

高分子材料本身就是使自然资源得到综合利用的范例，它可以为人类提供清洁和可再生能源，也可以用于废气和污水处理。

高分子废弃物也可以回收、利用和处理，做到物尽其用，清洁环境。

在未来，高分子材料在促进人类社会的可持续发展将会发挥更加重要的作用。

二、高分子材料简介高分子材料（macromolecular material），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，高分子是生命存在的形式。

所有的生命体都可以看作是高分子的集合。

高分子材料按来源分为天然、半合成（改性天然高分子材料）和合成高分子材料。

天然高分子是生命起源和进化的基础。

人类社会一开始就利用天然高分子材料作为生活资料和生产资料，并掌握了其加工技术。

如利用蚕丝、棉、毛织成织物，用木材、棉、麻造纸等。

19世纪30年代末期，进入天然高分子化学改性阶段，出现半合成高分子材料。

1907年出现合成高分子酚醛树脂，标志着人类应用合成高分子材料的开始。

现代，高分子材料已与金属材料、无机非金属材料相同，成为科学技术、经济建设中的重要材料。

三、高分子材料本身就是使自然资源得到综合利用的范例在石油工业发展的早期，乙烯和丙烯是被当作炼油厂的废气在专门设计的火炬中白白烧掉的，直到1933年聚乙烯的发现改变了这一情况。

30年代时，经济大萧条，化工公司急需新的“拳头产品”，好冲出困境。

同时，科技新发现像雨后春笋，此起彼伏，但很多发现都是“撞”上的，并没有理论指导，所以很多公司的实验室里，都是四处撒网，希望捕到大鱼，英国的帝国化学公司（卜内门的后裔）也不例外。

1933年3月24日，那是一个星期五，帝化的两个化学家E.W. Fawcett和R.O. Gibson一气搭起了好几十个实验，把有希望的基本有机物质有放在一起，设定各种反应条件，尤其是高温高压，希望“撞上”一个重大发现。

其中有一个容器里，装的是乙烯气体和benzaldehyde，压力是1700个大气压，温度是170度。

星期一了，预期的反应没有发生，但是容器底部有一些白色的蜡状粉末。

测试表明，这是乙烯的聚合物，和benzaldehyde没有关系，聚乙烯就这样意外地发现了。

第二次乙烯聚合要到1935年才实现，尽管实验器材在高温高压下发生泄漏，实验还是获取了少量聚乙烯。

这期间，科学家们发现聚乙烯具有极好的化学稳定性，防水，无异味，耐酸，耐碱，尤其出色的是绝缘性。

1953年，德国化学家Karl Ziegler发现了一种新的催化机制，可以“诱导”乙烯分子一直线地长，而没有旁边长出来的侧枝。

这样聚合出来的聚乙烯的链就不再像一棵树，而像一根笔直的棍子，码起来整齐多了，密度自然就高多了。

这种新型的线性聚乙烯自然就被称作高密度聚乙（HDPE），其刚度和融点比先前的低密度聚乙烯（LDPE）大大提高。

Ziegler还免除了聚乙烯的高温高压要求。

意大利化学家Giulio Natta在1957年将Ziegler的成果扩充到聚丙烯，在聚乙烯以外开创了塑料的新天地。

Ziegler和Natta在63年共获诺贝尔化学奖，至今Ziegler-Natta仍然是一类重要的催化剂。

Philip化学公司的R.L. Banks和J.P. Hogan也并行开发了另一种催化剂，压力要高一些，但催化剂的制备要简单一些，和Ziegler-Natta催化剂相比，得失大抵相当。

现在乙烯和丙烯以及他们各自的聚合物在社会生活生产中有着广泛的应用。

乙烯用量最大的是生产聚乙烯，约占乙烯耗量的45%。

聚乙烯的生产能力长期居各品种的第一位，它的消费量约占世界聚烯烃消费量的70％，占总热塑性通用塑料消费量的44％，消费了世界乙烯产量的52％。

1999年世界聚乙烯生产能力达57.06Mt/a，2000年世界需求量为5l.26Mt/a。

薄膜是聚乙烯主要加工产品，其次是片材、涂层、中空容器、管材及电线、电缆的绝缘和护套等。

2002年我国聚乙烯产量3.55Mt，约占世界产量的6％。

(Mt 为百万吨)商场出售的塑料台布、窗帘、床单、雨衣、凉鞋、手套、手提包以及管材等都是聚氯乙烯做的。

自然界各种事物，随着高分子材料的发展都将会比变成人类最宝贵的资源。

四、高分子材料可为人类提供清洁和可再生能源太阳为地球的人类提供了一种取之不尽的能源，人们制造了很多装置对太阳能直接加以利用。

它们的关键设备就是集热器。

而制备集热器的透明光照材料、隔热材料，以及集热器外壳度可以用高分子材料来制备。

以集热器的透明盖板为例，这些盖板一方面是为了使阳光透过；另一方面对集热器内吸热体有很好的密封作用。

常用的盖板材料有聚丙烯酸酯类、玻璃增强聚酯、聚碳酸酯和含氟塑料等。

这类材料的优点是质轻、柔韧、强度好，特别是对近红外光没有吸收或吸收小，因此光效率高保暖性好。

高分子材料是城市固体废料中所含能量最高的一类材料。

例如，每千克塑料所含能量在18MJ~109MJ之间，因此，通过棼烧，将释放的热能加以有效利用可达到能量回收的目的。

热能回收方式有多种，可以通过热交换器，把冷水加热成温水，用于供热；也可利用锅炉产生蒸汽用于发电，据报道，德国用废塑料焚烧产生的热能用于发电，已占电力的6%左右。

高分子材料的应用在一定程度上缓解了当今世界所面临的能源危机，为社会的可持续发展提供了条件。

五、高分子材料可用于废气和污水处理高分子絮凝剂和高分子膜材料，如离子交换膜、微孔滤膜等已在城市污水处理中发挥了重要作用。

高分子膜材料，既有分离、浓缩和净化的功能，又有高效、节能、环保、分子级过滤等特征，由于它是有机材料，即使废弃后也可以降解，而不会对环境造成污染。

因此，它被广泛地应用于污水处理行业。

污水处理领域应用最广的膜是反渗透膜。

反渗透膜材料可分为纤维素系膜、芳香-杂环化合物系膜和复合膜。

纤维素系膜易于工业化制备，力学性能好，抗余氯等物质的氧化性等，但是易水解、PH范围窄(4~6)、不耐高温(35度以下)及不耐微生物腐蚀等。

芳香-杂环化合物系膜克服了纤维素系膜易水解、PH范围窄、不耐高温及不耐微生物腐蚀等缺点。

但在去除小分子有机溶剂方面，性能不是很理想。

复合膜将超薄的皮层经不同方法附载在微孔支撑层上复合而成的膜，克服了上述两种膜的缺点，性能大幅度提高。

以淀粉或羧基淀粉基高分子絮凝剂、以天然高分子壳聚糖为原料合成的壳聚糖季胺盐絮凝剂可以使污水中的胶状物互相凝聚在一起，形成大颗粒沉降分离；离子交换树脂能吸附水中的钙镁等贵金属离子及有机污染物；微滤膜能将有形固体污染物去除，超滤膜能过滤掉污水中的大部分细菌和病毒。

高分子气体分离膜能分离回收化工厂废气中的有机物，如醇、酮、酯、芳烃、烷烃等。

用硅氧烷为主制成的富氧膜可是富氧率达28%~35%左右，应用于燃烧系统，可以提高燃烧效率，减少灰尘污染。

膜是具有选择性分离功能的材料。

利用膜的选择性分离实现料液的不同组分的分离、纯化、浓缩的过程称作膜分离。

它与传统过滤的不同在于，膜可以在分子范围内进行分离，并且这过程是一种物理过程，不需发生相的变化和添加助剂。

膜的孔径一般为微米级，依据其孔径的不同（或称为截留分子量），可将膜分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜，根据材料的不同，可分为无机膜和有机膜，无机膜主要还只有微滤级别的膜，主要是陶瓷膜和金属膜。

有机膜是由高分子材料做成的，如醋酸纤维素、芳香族聚酰胺、聚醚砜、聚氟聚合物等等。

高分子材料在污水和废气方面的应用将会极大地改善我们的生活环境。

六、高分子废弃物的回收、利用和处理高分子材料自问世以来给人类生活带来便利的同时也带来了极大的负效应, 其形成“白色污染”, 影响生态环境和危害人体健康。

高分子废弃物的传统处理方法是焚烧和填埋，其对环境的危害较大。

随着自然资源与能源资源的匮乏废弃高分子材料循环利用越来越受到人们的重视，且成为全球环保界关注的热点。

工业生产中会产生废弃塑料，在这个环节里，产生的废旧塑料少，也容易回收。

工业生产产生的废气塑料主要有: （1）来自于树脂生产。

主要是合成树脂生产中产生的等外品，副产品以及过筛时残渣等。

这些废旧塑料，一般厂方采用循环使用的方法来处理，而实际上没有形成废料。

（2）来自于塑料制品的生产。

塑料制品中不可避免有余边、浇口、次品，这些都属于废料之列。

塑料二次加工所产生的边角料、次品等也是废旧塑料的来源，但大多数加工厂可自行消化解决。

消费中产生的废弃塑料，在这个环节里，产生的废旧塑料多。

占的比例也比较大，使用寿命也比较短促，回收也比较困难。

消费中产生的废气塑料主要包括: （1）工、农业领域中的废旧塑料。

我国是一个制造工业大国，也是农业大国，工、农用塑料占塑料制品中的比重大，这个比例还在逐年上升。

工业领域中的废旧塑料制品来源有包装材料、管件、管道等;农业领域中的废旧塑料制品来源有下列几个方面：农用地膜和棚膜；编织袋，如化肥、种子、粮食的包装编织袋；农用水利管件，包括硬质、软质、排水、输水管道：塑料绳索和网具等。

（2）商业部门废弃的塑料制品。

经销环节：杂货店和私人经营店、批发店，这些部分可回收塑料制品为一次性包装材料,它们本身基本上无污染，该类塑料制品可通过一次回收、分类，即可再生处理；消费环节：旅店、饭店、旅游区、餐厅、火车、汽车等出售的食品盒、饮料瓶、包装袋等塑料杂品，这一类塑料制品均用过，有污染，除了分类之外，还要进行清洗处理。

（3）家庭中日用废旧塑料用品。

日常生活中所用的塑料用品在整个塑料用品中比重大，且呈现上升趋势。

一次性塑料用品：主要是包装材料，如包装绳、包装袋、包装盒、家用电器的聚苯乙烯泡沫塑料的减震材料；非一次性用品:各种塑料器皿、灯具、文具、饮具、厕具、化妆用具等塑料物品。