安徽理工大学_聚合物的回收利用_课件-----第6讲_废旧高分子材料循环利用原理.ppt

第6讲 废旧高分子材料循环利用原理 现代文明以经济腾飞和生活水平的提高为主要标志。随着经济发展，大规模的物质循环不可避免地引起各种问题，如资源短缺、环境恶化已为全球所关注。科学家预言地球能源（煤、石油、天然气等）不久将消耗完，会发生严重的能源危机；现代工业以及消费业的发展已给大自然带来严重的影响，大气、海洋等受污染，温室效应发生和臭氧层的破坏等等。所有这些已严重影响着自然界的生态平衡，最终必然会阻碍世界经济的高速发展。 材料的制造、加工、应用等均与环境和资源有直接的关系。高分子材料自从上世纪初问世以来，因重量轻、加工方便、产品美观实用等特点，颇受人们欢迎，其应用越来越广，从而使用过的高分子材料日益增加。据统计，2011年，我国塑料制品的产量达5474万吨，同比增长22%。其中，塑料薄膜的产量为844万吨，占总产量的15%；日用塑料制品的产量为458万吨，占总产量的8%；塑料人造革、合成革的产量为240万吨，占总产量的4%。如何处理这些废料已成为非常重要的课题。 处理废旧高分子材料比较科学的方法是再循环利用。循环是废旧高分子材抖利用的有利途径，不仅使环境污染得到妥善的解决，而且资源得到最有效的节省和利用。从资源利用的角度，对废旧高分子材料的利用首先应考虑材料的循环，然后考虑化学循环及能量回收。 　　没有材料能永远存在并保持它的性质，我们周围有许多能说明老化的实例：岩石的风化、铁的生锈、木头腐烂等。高分子材料也同样会老化。塑料老化大大影响它们的再生性（循环性）。使用过的塑料制品的性能绝不能达到原始材料的性能，某些高分子通过适当的技术（如添加稳定利）可以达到或接近原始材料的性能，但对于老化历害的高分子，进行循环是不适合的。塑料材料在加工、贮存、使用过程中的老化机理各不相同，对循环也会有不同影响。 当高分子材料进行循环时，需考虑两方面： （1）材料本身的降解性，如生物降解高分子一般不适合于再循环； （2）在加工过程和使用过程中环境引起的老化程度。 塑料的老化主要是环境降解，其降解主要有热老化、大气老化、机械降解、化学降解、离子化辐射、磨蚀和腐蚀、生物降解。 实际过程中单一的老化过程是很少的，往往是几种过程的结合。如树脂合成出来后，从加工到使用等一系列过程中都会发生老化。 几种常见的高分子材料老化 （1）热老化 热老化在高分子材料加工和使用过程中都会遇到。热老化通常分为三个过程：热降解、热氧化降解和水解。热降解过程也有自由基产生、增长和结合过程。自由基的反应过程伴随着无规链剪断、交联和解聚过程。交联是热降解中出现的一个明显过程，可以在聚合物结构中引入微凝胶。 高分子链在热的作用下会发生链剪断过程，剪断地点往往在分子链的薄弱点上或反应点上。若反应点在链的末端，则发生解聚反应，形成单体产物，如聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯降解会分别产生大量的单体苯乙烯(St)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)；若反应点在分子链的任何处发生，会发生无规链剪断，通常不形成单体或形成的单体非常少。 热氧化降解与热降解类似，主要在降解过程中有氧的存在。氧的存在往往影响降解过程，降解产物往往是氧化物，如醇、醛、酸等物质。高分子在氧存在下会发生氧化反应，同时容易产生自由基，然后进行自由基的增长和终止反应，最重要的特点是在此过程中，有含氧自由基的参与。 湿气的作用会使聚合物发生水解，加速老化，尤其对缩聚形成的高分子如PET、聚酰胺、聚碳酸酯等。水可以自然地吸附于树脂表面，在加工前如不进行适当的干燥处理，在加工过程中易发生水解反应而使树脂的分子量降低，其至降低材料的性能，不能满足使用要求。 （2）大气老化 当材料暴露在大气中很自然会缓慢变质。高分子材料在使用、贮存或处理时，也同样暴露在一定的气候因素中，这些因素会大大影响其性能，对高分子材料有重要影响的因素有太阳辐射、氧、温度、水和大气污染。高分子材料的大气风蚀不仅与大量的因素有关，而且某些因素的结合会对老化过程产生协同效应，例如高分子在紫外光辐射下的老化，可以用提高温度的办法来加速。 对风化过程的分析很困难，因为会发生许多反应，如聚合物主链的断裂，侧基的裂开，增塑剂的挥发，增塑剂、稳定剂、染料、填料等的化学分解，形成新基团的反应，缔合键（如氢键）的形成和消失，取向（结晶）区的形成和解取向（结晶消失）。有时多种反应同时发生和结合发生。因此，高分子材料的耐候预测是非常困难的。 （3）机械降解 高分子材料受高应力作用，其结构会受到损坏。高分子材料在加工和再加工过程中会受到应力的作用而导致部分降解；要进行再生利用，高分子材料还需粉碎、干燥等，故循环过程不仅受到热降解和热氧化降解，还会受到机械化学降解。机械降解的敏感性与高分子结构有关，线性聚合物更容易受破坏。 降解由应力引起，产生自由基，因此，添加稳定剂是