妙順環(huán)保全降解塑料
DEGRADABLE PLASTIC
降解原理
聚乙烯是由幾千至幾萬個(gè)乙烯小分子均聚或與少量1-烯烴共聚生成的線性高分子化合物,其降解特性受重復(fù)單元、分子鏈結(jié)構(gòu)、凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)三個(gè)結(jié)構(gòu)層級(jí)的共同影響,主要包括分子鍵強(qiáng)度、分子鏈長度、分子親/疏水性、分子結(jié)晶度等方面。
聚乙烯結(jié)構(gòu)單元(-[CH2-CH2]n-)的C-C、C-H 鍵理化性能穩(wěn)定,需要較高的能量或作用力才可發(fā)生分子鍵斷裂;且相對(duì)分子質(zhì)量大、分子鏈長、鏈段結(jié)晶度高、疏水性強(qiáng),難以與生物及化學(xué)物質(zhì)接觸或進(jìn)入微生物體內(nèi)代謝分解。因此,在自然條件下的降解過程非常緩慢,大約需要300多年時(shí)間。
我們的核心技術(shù)生態(tài)塑料母料主要有4種成分構(gòu)成:(1)具有可見光催化氧化降解和熱催化氧化降解功能的成分,如金屬Fe的有機(jī)化合物等;(2)具有紫外光催化降解功能的成分,如納米TiO2等;(3)具有助氧化降解功能的成分,如檸檬酸等;(4)普通塑料基體成分。
在生態(tài)塑料母料的催化作用下,通過以下4個(gè)化學(xué)反應(yīng)步驟,實(shí)現(xiàn)了聚乙烯的快速氧化分解。①鏈引發(fā),聚乙烯分子鍵在受到機(jī)械力或光、熱等能量作用時(shí)斷裂生成高活性自由基;②鏈增長,高活性自由基在有氧條件下迅速反應(yīng)生成過氧基或氫過氧基等中間產(chǎn)物;③鏈轉(zhuǎn)移,含不穩(wěn)定過氧自由基或氫過氧自由基的化合物發(fā)生分子鍵斷裂生成含羰基化合物,見下圖1。
(圖來自農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào))
圖1 聚乙烯分子氧化降解過程示意圖證明
④鏈終止,含羰基化合物通過Norrish Ⅰ型反應(yīng)生成醛、羧酸、酯類等化合物,或者通過兩次NorrishⅡ型反應(yīng)生成酮羰基,見下圖2。
(圖來自農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào))
圖2 羰基基團(tuán)氧化降解過程示意圖證明
由于反應(yīng)過程中生成氧化反應(yīng)自身的引發(fā)劑,因此聚乙烯循環(huán)氧化反應(yīng)過程是一個(gè)自動(dòng)加速鏈反應(yīng),其中的最重要產(chǎn)物是氫過氧化物,見下圖3。
(圖來自農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào))
圖3. 自動(dòng)加速鏈循環(huán)反應(yīng)示意圖證明
這一過程不斷循環(huán)進(jìn)行,使聚乙烯分子量不斷降低并使親水性的含氧基團(tuán)含量不斷提高。隨著分子量的降低和親水含氧基團(tuán)的增多,逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橛H水性的小分子碳?xì)溲踅Y(jié)構(gòu)。生物降解過程則是在此基礎(chǔ)上,微生物逐漸將親水性的小分子分解,轉(zhuǎn)化為水、二氧化碳和微生物有機(jī)質(zhì),實(shí)現(xiàn)完全生物分解,見下圖4。
圖4 生態(tài)塑料的生物降解實(shí)驗(yàn)證明