环境材料第七章

生产,1997 年世界树脂总产量13460万t。我国高分子材料工业到
2001年底, 包括聚乙烯、聚丙烯在内的五大合成树脂的产量达 1100多万t, 占世界第5位; 合成纤维产量占世界第1位(757万t）
合成橡胶产量占第4位。中国已成为合成高分子材料的生产和消费
大国。然而, 我国人均拥有量不及美国、日本及欧洲发达国家的 1/10。因此,21 世纪将是我国高分子材料工业高速发展的新世 纪。
二、高分子单体生产的绿色化
1、单体生产中剧毒原料----光气和氢氰酸的取代 光气又称碳酰氯：是一种重要的有机中间体, 主要用于生产聚 氨酯的基本原料异氯酸酯和聚碳酸酯。聚氨酯可作泡沫塑料、橡 胶和纤维等, 广泛应用于建材、家具、汽车、建筑、制革、纤维 等行业。聚碳酸酯是很好的工程塑料, 可以加工成板、管、棒等 型材和各种实用制品, 也可以制成薄膜, 是电子、电器、信息、
一、环境友好的高分子材料 环境友好的绿色化学产品应具有两个特征: ① 产品本身必须不会引起环境污染或健康问题, 包括不会 对野生生物、有益昆虫或植物造成损害; ② 当产品被使用后, 应该能再循环或易于在环境中降解为 无害物质。 对环境无害或环境友好的合成树脂可分成环境活性高分子和 环境惰性高分子两大类。 1、环境活性高分子：即生物降解型高分子。目前实际应用 中最常见的有聚羟基脂肪酸、聚乳酸等, 其中聚乳酸的开发最为 活跃。通用聚乳酸是由玉米或甜菜中的糖类(包括淀粉与糖)经过 发酵得到乳酸再无溶剂聚合而制得。如果每㎏价格低至0.78～
(2)废弃高分子材料引起的环境问题：是高分子材料所带来的最 为严重的环境问题, 大量的高分子废弃物造成了世界范围的环境 污染。废弃高分子材料主要来源有两个：①树脂生产和制品成形 中形成的废弃高分子材料；②高分子材料使用过程中形成的废弃 高分子材料。 1)树脂生产加工过程中产生的废弃高分子材料：连续聚合过程 中，当需要更换产品牌号时会产生过渡料; 一些聚合物不溶于其 单体的聚合过程会产生粘釜物; 在聚合物输送、包装过程中会产
9) 高分子材料和产品的环境协调性评估及其软件数据库的 建立。
第三节
高分子工业中的绿色化学
高分子工业通过化学合成，创造出了丰富多彩的高分子材料， 并赋予这些材料多样的功能, 为人类生存、生活和发展服务。高 分子工业包括合成树脂、合成纤维、合成橡胶等, 它以石油为原 料, 通过不同的化学反应制备各种单体, 合成高分子。但这一生
三废”的排放;生产过程中应用原子经济性反应途径, 达到零废物
、零排放; 替代单体生产中的剧毒原料(如光气、氢氨酸等); 减 少有机溶剂的使用; 利用生物资源等。在生产过程中实施绿色化 工技术, 是提高资源效率、改善环境污染的有效措施。
2、高分子材料的可降解技术 高分子材料的降解技术, 也称为高分子材料的零排放, 是指 制品完成其使用价值后, 通过高效溶剂或能吞噬高分子材料废弃 物的物质就地或异地转变, 无毒地回归大自然或进入人类生态环 境的系统工程。降解技术的根本问题是要开发传统高分子材料废 弃物的降解方法和新型可降解合成高分子材料新品种。天然高分 子材料的开发与应用是实现高分子材料零排放的最理想途径，但 需要解决强度低、寿命短、成本高等问题。 3、高分子废弃物的再生循环技术 发展高分子材料的多级利用技术, 实现材料的多次循环。高 分子产品使用周期短, 其废弃物成为城市垃圾的重要来源。所以, 再生循环技术不仅是解决高分子“白色污染”的有效途径之一, 而且有利于充分利用原料, 提高资源利用率, 保护环境。
产过程中存在“三废”的排放及溶剂的使用等环境污染问题。为
了保护人类生存的环境, 高分子工业需要绿色化。
一、绿色化学 绿色化学:是从源头消除污染的一项措施, 其内容包括新设计 或者重新设计化学合成、制造方法和化工产品来根除污染源, 是 最为理想的环境防治方法。 绿色化学的主要研究领域:原子经济性反应、无毒无害原料、无 毒无害溶剂、无毒无害催化剂、生物资源利用及环境友好材料等。
三、生态高分子材料的设计 生态高分子材料或绿色高分子材料(polymer ecomaterials 或 envi-ronmenlal conscious polymer materials):通常指从 “ 生”(即树脂)到“死”(即焚烧)的整个生命周期中节约资源和 能源、废弃物排放少和污染小、能再生循环利用的高分子材料。
第七章 高分子环境材料
合成高分子材料, 特别是三大合成材料----塑料、橡胶及纤维
的发现及实现工业化生产, 是上世纪人类了自然界没有的、廉价易得而性能优异的新材料,
改善了人们的生活质量, 加速了社会经济的发展。它的原料主要 来源于石油化学工业。 20世纪80年代起, 高分子材料得到大规模
1、生产过程中的环境问题 (1) 高分子化合物（原料）制备时的环境问题
1) 采用有毒原料的生产方法造成的问题：用于制造高分子化
合物的某些原料或单体是有毒的, 会造成一定的环境污染和对人 体健康的伤害。
2) 生产过程中废液、废弃物的排放：在高分子材料的生产 过程中使用的大量有机溶剂、水以及形成的废弃物，都存在着严 重的环境问题。 (2) 加工过程中的环境问题：使用重金属添加剂（镉系、铅系 等重金属化合物）、增塑剂等造成的环境问题。见书P153 2、使用过程中的环境问题 使用过程中的环境问题主要分为两大类:①高分子材料的燃烧 问题; ②废弃高分子材料的问题。 (1)高分子材料燃烧引起的环境问题：多数高分子材料具有燃 烧性, 遇火易燃, 并释放大量烟雾和有毒气体, 其扩散速度超过 火灾蔓延速度。在火灾事故中, 中毒死亡率大于燃烧死亡率。在 飞机坠机中, 约有80%死于机舱高分子材料燃烧时放出的烟和毒 气。高分子材料燃烧时的分解产物为CO、C02、COCl2、HF、HCl、 HBr、HCN、N02、S02、H2S等, 其中水溶性产物对鼻腔有剌激作用, 而非水溶性产物对动物有窒息作用, 渗入肺部, 导致血液中毒。
生落地料、不合格料；生产产品过程中形成的某些低分子副产品，
以及制品成形过程中产生的废品和边角料, 如飞边、切边料、浇
口、流道以及试验料、落地料等等。这些废弃高分子材料较易回 收、利用也不难。
2) 使用过程中产生的废弃高分子材料：是废弃高分子材料中 最主要部分，也是环境污染及回收利用主要部分。在这一类废弃 物中, 一般废弃高分子材料(以包装材料为主)约占55%, 产业形成 的废弃高分子材料约占45%。这类废弃高分子材料主要以有机固体 废弃物出现, 占全部废弃物的2/5, 它们量大品种杂, 回收、分离、 处理、利用难度大。主要分布在: (a) 农业部门：主要有农地膜和棚膜, 约占总塑料产量的15%; 化肥、种子、粮食等的包装编织袋; 包括软质、硬质排水、输水 管在内的农用水利管件; 塑料绳索与网具。用量大, 使用分散, 回收难度大。 (b) 商业部门：如百货商场、批发站等经销部门使用的一次性 包装材料, 如包装袋、捆扎带、防震泡沫塑料垫、包装箱等; 旅 店、旅游区、饭店、火车、飞机等使用的食品盒、饮料瓶、包装 袋等塑料杂品。
(c) 日用品：这类废弃物占的比重较大, 发达国家中约占生 活垃圾的7%, 我国某些城市也达6%。主要有: 包装袋、家用电器 的PS 泡沫塑料减震垫、捆扎带等包装材料; 饮料瓶、牛奶袋、杯、 盆、容器等一次性塑料制品; 各类器皿、塑料鞋、灯具、文具、 炊具、厕具、化妆用具等非一次性用品。据报道, 仅上海地区用 于购买蔬菜的塑料袋每年就消耗18亿个之多。这类材料品种杂, 且往往与生活垃圾混在一起, 回收难度大。 (d) 工业领域：如汽车、电工电器、建材等。其中汽车的废弃 高分子材料占相当大的比重, 易回收的有保险杠、油箱、汽车内 饰件等, 美国在20世纪90年代初即达200万t。以橡胶制品为例, 汽车上的用量占整个橡胶制品的一半, 其余为胶鞋、胶管、胶带 等。轮胎的使用寿命一般仅2～3年, 美国每年报废的轮胎就达2 亿多个。
1.44＄, 有望用于包装材料。利用天然高分子材料，2000年悉尼
奥运会使用的全淀粉快餐盒、一次性杯子等。
2、环境惰性高分子：为不能生物降解的高分子, 在不发生氧 化及光解的情况下不会污染环境。现在使用的通用高分子主要属于 这一类。应用后的垃圾处理是一大问题, 处理不当就会污染环境。 填埋、焚烧、再生与回收使用是废塑料处理的几种方法, 其中再生 与回收使用应成为重要的途径。 二、高分子环境材料的主要研究内容 1、高分子合成工业的绿色化 在高分子材料的合成与制备过程中, 使用洁净技术, 减少“
高分子材料的大量生产和大量消费, 带来了环境问题。 按通常 方法估算, 废弃塑料约为当年塑料产量的70%, 废弃橡胶约为当年 橡胶产量的40%。废弃高分子材料的回收再利用目前在10%～15%之 间, 其余采用焚烧或掩埋处理。大量废弃高分子材料带来了严重 的环境问题。
第二节
高分子环境材料
为了高分子材料工业的可持续性发展, 需要贯彻3R原则: (1) 减量化原则(Reduce)：用较少的原料和能源投入,达到既 定的生产目的或消费目的, 以便从经济活动的源头注意节约资源 和减少污染。 (2) 再使用原则(Reuse)：产品和包装能够以初始形式使用和 反复使用, 减少一次性用品, 延长产品使用寿命。 (3) 再循环原则(Recycle)：生产出来的制品在完成其使用功 能后能重新变成可以利用的资源而不是不可恢复的垃圾。生产一 件制品只是完成了一半工作,关键是应设计好在制品达到寿命期后 如何处理。
汽车、建筑、机械、医疗卫生及包装、日常生活等诸多行业广泛
应用的一种新材料。
氢氰酸：主要用于生产聚合物的单体, 如甲基丙烯酸系列产品、 己二腈等有机化工原料。甲基丙烯酸系列产品主要用于生产有机 胶粘剂、润滑剂、皮革和纺织品的整理剂、乳化剂、上光剂和防 锈剂等。己二腈是合成纤维尼龙66的重要中间体, 尼龙66是性能 优良的合成纤维和工程塑料, 广泛用于地毯、 服装、汽车、建筑
制备生态高分子材料的基本点是: 1) 环境负荷小的高分子合金设计。 2）可再生循环高分子材料设计。 3) 热熔加工性好的增强高分子材料设计。 4) 完全降解高分子材料设计。 5) 超长寿命高分子材料设计。