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)三個結(jié)構(gòu)層級的共同影響，主要包括分子鍵強度、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；且相對分子質(zhì)量大、分子鏈長、鏈段結(jié)晶度高、疏水性強，難以與生物及化學物質(zhì)接觸或進入微生物體內(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個化學反應(yīng)步驟，實現(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械力或光、熱等能量作用時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)境科學學報）
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)境科學學報）
圖2 羰基基團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)過程是一個自動加速鏈反應(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)境科學學報）
圖3. 自動加速鏈循環(huán)反應(yīng)示意圖證明
這一過程不斷循環(huán)進行，使聚乙烯分子量不斷降低并使親水性的含氧基團含量不斷提高。隨著分子量的降低和親水含氧基團的增多，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橛H水性的小分子碳氫氧結(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質(zhì)，實現(xiàn)完全生物分解，見下圖4。
圖4 生態(tài)塑料的生物降解實驗證明
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