【正文】 第七章 高分子環(huán)境材料 合成高分子材料 , 特別是三大合成材料 塑料 、 橡膠及纖維的發(fā)現(xiàn)及實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn) , 是上世紀(jì)人類社會(huì)發(fā)展中的一件大事 , 它為人們提供了自然界沒(méi)有的 、 廉價(jià)易得而性能優(yōu)異的新材料 , 改善了人們的生活質(zhì)量 , 加速了社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展 。 它的原料主要來(lái)源于石油化學(xué)工業(yè) 。 20世紀(jì) 80年代起 , 高分子材料得到大規(guī)模生產(chǎn) ,1997 年世界樹脂總產(chǎn)量 13460萬(wàn) t。 我國(guó)高分子材料工業(yè)到 2022年底 , 包括聚乙烯 、 聚丙烯在內(nèi)的五大合成樹脂的產(chǎn)量達(dá) 1100多萬(wàn) t, 占世界第 5位 。 合成纖維產(chǎn)量占世界第 1位 (757萬(wàn) t） 合成橡膠產(chǎn)量占第 4位 。 中國(guó)已 成為 合成高分子材料的生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó) 。 然而 , 我國(guó)人均擁有量不及美國(guó) 、 日本及歐洲發(fā)達(dá)國(guó)家的 1/10。 因此 ,21 世紀(jì)將是我國(guó)高分子材料工業(yè)高速發(fā)展的新世紀(jì) 。 第一節(jié)高分子材料的環(huán)境問(wèn)題 一 、 高分子材料的環(huán)境問(wèn)題 高分子材料的環(huán)境問(wèn)題可 分 為兩大類 : 一是生產(chǎn)和使用過(guò)程中的問(wèn)題 , 主要是三廢 ( 廢液、廢氣、廢物 ) 等有害物質(zhì)的產(chǎn)生及其對(duì)環(huán)境和人類的影響 。 二是廢棄物的降解和回收利用問(wèn)題 ,主要涉及固體廢棄物的降解及回收、處理、再生利用 。 這既是改善環(huán)境的需要 , 也是資源再次利用的必需。 生產(chǎn)過(guò)程中的環(huán)境問(wèn)題 (1) 高分子化合物 （ 原料 ） 制備時(shí)的環(huán)境問(wèn)題 1) 采用有毒原料的生產(chǎn)方法造成的問(wèn)題 ： 用于制造高分子化合物的某些原料或單體是有毒的 , 會(huì)造成一定的環(huán)境污染和對(duì)人體健康的傷害。 2) 生產(chǎn)過(guò)程中廢液、廢棄物的排放 ： 在高分子材料的生產(chǎn)過(guò)程中 使用的大量有機(jī)溶劑 、 水以及形成的廢棄物 ， 都存在著嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題。 (2) 加工過(guò)程中的環(huán)境問(wèn)題 ： 使用重金屬添加劑 （ 鎘系 、 鉛系等重金屬化合物 ） 、 增塑劑 等 造成的環(huán)境問(wèn)題 。 見(jiàn)書 P153 使用過(guò)程中的環(huán)境問(wèn)題 使用過(guò)程中的環(huán)境問(wèn)題主要分為兩大類 :① 高分子材料的燃燒問(wèn)題 。 ② 廢棄高分子材料的問(wèn)題 。 (1)高分子材料燃燒引起的環(huán)境問(wèn)題 ： 多數(shù)高分子材料具有燃燒性 , 遇火易燃 , 并釋放大量煙霧和有毒氣體 , 其擴(kuò)散速度超過(guò)火災(zāi)蔓延速度 。 在火災(zāi)事故中 , 中毒死亡率大于燃燒死亡率 。 在飛機(jī)墜機(jī)中 , 約有 80%死于機(jī)艙高分子材料燃燒時(shí)放出的煙和毒氣 。 高分子材料燃燒時(shí)的分解產(chǎn)物為 CO、 C0 COCl HF、 HCl、 HBr、 HCN、 N0 S0 H2S等 , 其中水溶性產(chǎn)物對(duì)鼻腔有剌激作用 , 而非水溶性產(chǎn)物對(duì)動(dòng)物有窒息作用 , 滲入肺部 , 導(dǎo)致血液中毒 。 (2)廢棄高分子材料引起的環(huán)境問(wèn)題 ： 是高分子材料所帶來(lái)的最為嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題 , 大量的高分子廢棄物造成了世界范圍的環(huán)境污染 。 廢棄高分子材料主要來(lái)源有兩個(gè) ： ① 樹脂生產(chǎn)和制品成形中形成的廢棄高分子材料 ； ② 高分子材料使用過(guò)程中形成的廢棄高分子材料 。 1)樹脂生產(chǎn)加工過(guò)程中產(chǎn)生的廢棄高分子材料 ： 連續(xù)聚合過(guò)程中 ， 當(dāng)需要更換產(chǎn)品牌號(hào)時(shí)會(huì)產(chǎn)生過(guò)渡料 。 一些聚合物不溶于其單體的聚合過(guò)程會(huì)產(chǎn)生粘釜物 。 在聚合物輸送 、 包裝過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生落地料 、 不合格料 ； 生產(chǎn)產(chǎn)品過(guò)程中形成的某些低分子副產(chǎn)品 ，以及制品成形過(guò)程中產(chǎn)生的廢品和邊角料 , 如飛邊 、 切邊料 、 澆口 、 流道以及試驗(yàn)料 、 落地料等等 。 這些 廢棄高分子材料較易回收 、 利用也不難 。 2) 使用過(guò)程中產(chǎn)生的廢棄高分子材料 ： 是廢棄高分子材料中最主要部分 ， 也 是環(huán)境污染及回收利用主要 部分 。 在這一類 廢棄物 中 , 一般廢棄高分子材料 (以包裝材料為主 )約占 55%, 產(chǎn)業(yè)形成的廢棄高分子材料約占 45%。 這類廢棄高分子材料主要以有機(jī)固體廢棄物出現(xiàn) , 占全部廢棄物的 2/5, 它們量大品種雜 , 回收 、 分離 、處理 、 利用難度大 。 主要分布在 : (a) 農(nóng)業(yè)部門 ： 主要有農(nóng)地膜和棚膜 , 約占總塑料產(chǎn)量的 15%。 化肥 、 種子 、 糧食等的包裝編織袋 。 包括軟質(zhì) 、 硬質(zhì)排水 、 輸水管在內(nèi)的農(nóng)用水利管件 。 塑料繩索與網(wǎng)具 。 用量大 , 使用分散 , 回收難度大 。 (b) 商業(yè)部門 ： 如百貨商場(chǎng) 、 批發(fā)站等經(jīng)銷部門使用的一次性包裝材料 , 如 包裝袋 、 捆扎帶 、 防震泡沫塑料墊 、 包裝箱等 。 旅店 、 旅游區(qū) 、 飯店 、 火車 、 飛機(jī)等使用的食品盒 、 飲料瓶 、 包裝袋等塑料雜品 。 (c) 日用品 ： 這類 廢棄物 占的比重較大 , 發(fā)達(dá)國(guó)家中約占生活垃圾的 7%, 我國(guó)某些城市也達(dá) 6%。主要 有 : 包裝袋、家用電器的 PS 泡沫塑料減震墊、捆扎帶等包裝材料 。 飲料瓶、牛奶袋、杯、盆、容器等一次性塑料制品 。 各類器皿、塑料鞋、燈具、文具、炊具、廁具、化妝用具等非一次性用品 。 據(jù)報(bào)道 , 僅上海地區(qū)用于購(gòu)買蔬菜的塑料袋每年就消耗 18億個(gè)之多。這類材料品種雜 , 且往往與生活垃圾混在一起 , 回收難度大。 (d) 工業(yè)領(lǐng)域 ： 如汽車 、 電工電器 、 建材等 。 其中汽車的廢棄高分子材料占相當(dāng)大的比重 , 易回收的有保險(xiǎn)杠 、 油箱 、 汽車內(nèi)飾件等 , 美國(guó)在 20世紀(jì) 90年代初即達(dá) 200萬(wàn) t。 以橡膠制品為例 , 汽車上的用量占整個(gè)橡膠制品的一半 , 其余為膠鞋 、 膠管 、 膠帶等 。 輪胎的使用壽命一般僅 2～ 3年 , 美國(guó)每年報(bào)廢的輪胎就達(dá) 2 億多個(gè) 。 第二節(jié) 高分子環(huán)境材料 高分子材料的大量生產(chǎn)和大量消費(fèi) , 帶來(lái)了環(huán)境問(wèn)題 。 按通常方法估算 , 廢棄塑料約為當(dāng)年塑料產(chǎn)量的 70%, 廢棄橡膠約為當(dāng)年橡膠產(chǎn)量的 40%。 廢棄高分子材料的回收再利用目前在 10%～ 15%之間 , 其余 采用 焚燒或掩埋處理 。 大量廢棄高分子材料帶來(lái)了嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題 。 為了高分子材料工業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展 , 需要貫徹 3R原則 : (1) 減量化原則 (Reduce)： 用較少的原料和能源投入 ,達(dá)到既定的生產(chǎn)目的或消費(fèi)目的 , 以便從經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的源頭注意節(jié)約資源和減少污染。 (2) 再使用原則 (Reuse)： 產(chǎn)品和包裝能夠以初始形式使用和反復(fù)使用 , 減少一次性用品 , 延長(zhǎng)產(chǎn)品使用壽命 。 (3) 再循環(huán)原則 (Recycle)： 生產(chǎn)出來(lái)的制品在完成其使用功能后能重新變成可以利用的資源而不是不可恢復(fù)的垃圾 。 生產(chǎn)一件制品只是完成了一半工作 ,關(guān)鍵是應(yīng)設(shè)計(jì)好在制品達(dá)到壽命期后如何處理 。 一 、 環(huán)境友好的高分子材料 環(huán)境友好的綠色化學(xué)產(chǎn)品應(yīng)具有兩個(gè)特征 : ① 產(chǎn)品本身必須不會(huì)引起環(huán)境污染或健康問(wèn)題 , 包括不會(huì)對(duì)野生生物 、 有益昆蟲或植物造成損害 。 ② 當(dāng)產(chǎn)品被使用后 , 應(yīng)該能再循環(huán)或易于在環(huán)境中降解為無(wú)害物質(zhì) 。 對(duì)環(huán)境無(wú)害或環(huán)境友好的合成樹脂可分成環(huán)境活性高分子 和環(huán)境惰性高分子兩大類 。 環(huán)境活性高分子 ：即 生物降解型高分子。 目前實(shí)際應(yīng)用中最常見(jiàn)的有聚 羥 基脂肪酸、聚乳酸等 , 其中聚乳酸的開(kāi)發(fā)最為活躍。通用聚乳酸是由玉米或甜菜中的糖類 (包括淀粉與糖 )經(jīng)過(guò)發(fā)酵得到乳酸再無(wú)溶劑聚合而制得。如果每 ㎏ 價(jià)格低 至 ～＄ , 有望用于包裝材料。利用天然高分子 材料， 2022年 悉尼奧運(yùn)會(huì) 使用的 全淀粉快餐盒、一次性杯子等。 環(huán)境惰性高分子 ： 為不能生物降解的高分子 , 在不發(fā)生氧化及光解的情況下不會(huì)污染環(huán)境 。 現(xiàn)在使用的通用高分子主要屬于這一類 。 應(yīng)用后的垃圾處理是一大問(wèn)題 , 處理不當(dāng)就