基本介紹
- 中文名：光解聚合物
- 外文名：photodegradable polymer
- 降解條件：光照
- 典型代表：乙烯和一氧化碳共聚物
- 一氧化碳含量：約0.5％～2.0％
- 分解原理：碳碳鍵斷裂
發展過程,分類,光降解過程,用途,
發展過程
光解聚合物的生產技術在20世紀80年代已經成熟，合成的光降解聚合物主要是烯烴，主要是乙烯和一氧化碳的共聚物、或氯乙烯和一氧化碳共聚一類產品。例如，美國和加拿大合作開發的Ecolyte光降解高分子聚合物是丙烯、氯乙烯、苯乙烯和乙烯基酮的共聚物。不僅可以使塑膠具有光降解性，並且可以調節乙烯基酮的含量來控制光降解的時間。光降解塑膠的發展動向，主要是兼顧穩定性和可分解性，使產品具有最佳的綜合性能。美國DOW化學公司、杜邦公司和聯合碳化物公司等聯合規模化生產了乙烯-一氧化碳共聚物、乙烯-乙烯基酮共聚物等。加拿大Guillet用烯類單體與乙烯基酮共聚，生成了一系列的光降解聚烯類樹脂(含羧基的PE、PS、PP、PVC、PET和PA等)。美國生物降解塑膠公司在PS樹脂中加入蒽醌生產出了名為BIO-Degradable Concentrate光降解塑膠。日本積水化學公司在PS樹脂中加入二苯甲酮光敏劑而得到名為Eslen的光降解塑膠。我國福州塑膠研究所、福建師範大學、中科院上海有機化學研究所、長春光機所等對光降解塑膠也有廣泛研究，並有批量生產。但光降解型塑膠只適用於日照時間長、光照充足的地區使用，套用範圍狹窄；另一方面，光降解塑膠的主要成分是難以完全降解的聚烯烴類樹脂，且一些光敏劑為重金屬物質，很難達到環保要求。因此，從20世紀90年代開始，純光降解塑膠的產量逐年下降。
分類
光解聚合物是指在太陽光(主要是紫外線，波長200-400nm)的照射下，引起光化學反應而使大分子鏈斷裂和分解的塑膠。其研發工作始於20世紀70年代，可簡單地分為合成型和添加型兩類。
合成型光解聚合物是通過共聚反應在塑膠的高分子主鏈上引入羰基等感光基團而賦予其光降解特性的，並可以通過調節光敏基團的含量來控制光降解活性。已知的有乙烯-一氧化碳共聚物、乙烯酮-乙烯共聚物等。以一氧化碳或乙烯酮類為光敏單體與烯烴類單體共聚，可合成含羰基結構的聚乙烯( PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)等光降解聚合物。一般來講，通過調節PE分子鏈上引入羰基的含量來控制乙烯/一氧化碳(E/CO)共聚物的使用壽命。室外暴露試驗表明，在PE中引入0.5%的羰基時，E/CO共聚物在2-3個月內被降解；引入2%-3%時，E/CO共聚物在一個月內被降解。
添加型光解聚合物是在聚乙烯、聚苯乙烯等通用塑膠中添加光敏性添加劑，然後製成光降解塑膠製品。在紫外線作用下，光敏劑可解離成具有活性的自由基，進而引發聚合物分子鏈斷裂使其降解。常用的光敏劑有過渡金屬絡合物、多環芳香族碳氫化合物等，用量1% -3%（質量分數）。過渡金屬絡合物包括氧化物、金屬鹽、有機金屬化合物、硬脂酸鹽等，如乙醯丙酮化合物、二硫代氨基甲酸化合物、二茂鐵化物等，光敏化強度取決於過渡金屬種類，一般強度順序為Co>Be>Zn>Ni，乙醯丙酮化鈷光敏化作用很強。其降解塑膠不經暴曬也能快速脆化。多環芳香族碳氫化合物如蒽醌、菲等具有敏化聚烯烴塑膠的光降解能力，當含有這些化合物的塑膠在陽光中暴曬時，化合物中被激發的三線態氧能夠把過剩氧傳遞給基態氧，使其成為高活性單線態氧，或者把能量傳遞給塑膠分子中的羰基或不飽和基團，使得這些基團發生光氧化作用而被降解。
光降解過程
光降解是指塑膠聚合物在吸收紫外線等輻射能後，形成電子激發態而產生光化學過程使聚合物破壞，若在大氣環境中，聚合物往往還要同時受到氧的影響，同時發生光氧化反應。光解聚合物的整個光降解過程可分為三個階段。
①誘導期。光解聚合物的性能和普通塑膠一樣，抗張強度、韌性、衝擊強度等均保持穩定，誘導期的長短與所使用的抗氧化劑和穩定劑等助劑量大小、材料厚度、地區氣候等有關。
②光降解期。在這個階段，聚合物塑膠迅速發生光催化、氧化反應，不斷地脆化、碎化。在光解聚合物脆化時，用紅外光譜儀可測到相當高濃度的羰基混合物，如羧酸和酯等，而且隨著光照時間的延長，羰基的濃度增加很快。
用途
光解聚合物主要用在包裝材料和農業生產方面。作為包裝材料（特別是一次性使用的食品包裝袋、飲料瓶等）使用的塑膠製品大多使用光降解塑膠，如Ecolyte系列樹脂、Plastigone樹脂等製成的包裝用品，這些包裝用品用過後可在自然環境中被光降解，故其廢物不會造成環境污染。
