塑料由于量大、质轻、应用范围广,已成为现代社会不可或缺的材料之一,因此实现塑料材料与环境协调发展是实现社会可持续发展的重要组成部分。《环境友好塑料》将符合“环境友好塑料”定义的技术和产品进行系统的总结,目的在于结合自身的科研经验引导相关行业开发生产“环境友好塑料”。
《环境友好塑料》主要以塑料和环境协调发展为主线,从实现环境友好塑料的技术开始,介绍目前开发较为成熟的环境友好塑料品种,以及对于废旧塑料如何实现其环境友好化展开详细的探讨,共分为三篇十六章,近四十万字。 环境友好塑料_福建师范大学环境材料开发研究所_科学出版社_

**篇实现塑料环境友好化
技术措施
塑料行业的快速发展与环境保护之间的矛盾日益突出,产业规模不断发展壮大,产品品种和产量不断增多,面对当前环境、能源、**以及人类健康等问题的日益严峻,实现塑料高质化和环境友好化越来越受到重视。倡导绿色环保的消费理念、开发新型的生态环境材料、制定相关环保法律法规、规范生产厂商及消费者行为、健全回收体系、依靠科技进步不断降低塑料生产过程中的能耗,成为发展绿色塑料产业的内容,塑料环境友好化的呼声也越来越高。本篇主要从实现塑料环境友好化的各种技术措施入手,包括配方设计原则,塑料加工过程中的节能降耗,以及塑料��境友好的评价体系等,给读者一个从全方位角度去思考塑料和环境协调的真正内涵。**章环境友好塑料的配方设计原则**篇实现塑料环境友好化技术措施**章环境友好塑料的配方设计原则
随着塑料工业的迅速发展,全球塑料年产量已超过1亿t。据不完全统计,2012年1~8月,国内塑料制品累计总产量3621.88万t,其中相当一部分是一次性塑料材料。由于其量大、分散,很难回收再利用,绝大部分成为白色垃圾,对环境造成严重污染。因此,发展环境友好塑料是世界各国应对资源稀缺和环境承载能力有限的严峻挑战的可取途径之一。本章将结合笔者十几年来的研究成果,从环境友好材料的定义出发,逐步阐述环境友好塑料的研究方向,以光钙型环境友好塑料为例分析环境友好塑料配方设计原则,为环境友好材料的配方设计提供借鉴。
**节环境友好塑料的定义及研究方向
一、 塑料材料的特点及环境友好塑料材料的范畴
由于塑料材料使用量大,使用期短,废弃物体积大,对环境的影响较明显。塑料与环保问题不仅是塑料“白色污染”的问题,还包括塑料材料对环境适应性等重要问题。
从广义上讲,具有耐用、价格性能比好、易于清洁生产、可回收利用、可环境消纳等性能的塑料材料,都应属于环境友好塑料材料范畴。可环境消纳的环境友好塑料材料应同时具有可环境降解、可焚烧、可堆肥性能。其特点是对自然环境、人类、生物圈无害或相对危害较小。
从这个定义上看,在塑料配方和加工中添加以下两类物质,对环保均有一定的贡献。一是来源于并可回归于大自然的无机矿物;二是来源于光合作用并可环境消纳的蛋白质、淀粉、油脂、纤维等。因此,矿物的超细化技术及偶联、增容技术,淀粉的接枝及脱水加工技术,纤维的增强技术是开发环境友好塑料材料的技术支撑之一,应大力扶持发展。可见,目前大多数塑料科研单位和产品研发生产企业都在朝这方面努力,也都在为环保作贡献。
二、 塑料工业与环境协调发展的研究及开发方向
实现塑料工业与环境的协调发展是今后塑料行业的产业发展方向,为了实现“环境友好塑料”对自然环境、人类、生物圈无害或相对危害较小,建议塑料行业的同行共同围绕以下几个方面开展基础理论研究和新产品开发工作: 减量化——减少材料的用量;资源化——可回收再利用;无害化——可环境消纳;清洁化——可进行清洁生产;节能化——降低加工成型能耗。为了达到上述目的,必须大力研究和利用相关行业的高新技术,改进落后的生产方式。
(一) 实现塑料材料减量化
减轻塑料对环境和生态危害的关键是减少高分子材料的使用量,提倡延长使用寿命和回收再利用。石油是地球上****的资源,少用合成树脂意味着节约地球上****的资源,特别是我国石油自给率不足60%的严峻形势,促使我们更应面对这样的事实。在塑料材料中使用20%~30%的无机矿物是对社会的重大贡献。经过实际测算,每生产100万个可装1.5kg物品的塑料袋耗用聚乙烯(PE)1.5t,而加入30%重质碳酸钙的聚乙烯塑料袋仅需用聚乙烯1.05t;尽管因密度不同不能简单替代,但若在我国生产的300万t左右包装塑料袋中使用无机粉体,至少可以节省70万t的合成树脂。正如大家所熟知的70万t合成树脂意味着一座投资上百亿的大型石油化工企业,同样少用不易在大自然中降解的聚乙烯塑料也符合治理“白色污染”的减量化原则;另外,无机矿物的采集和加工所消耗的能源远远低于石油的开采和加工,用来源于自然又可无害地回归自然的无机矿物代替以石油为原料的合成树脂,本身就是对环境保护的贡献。
此外,无机粉体改性塑料还具备了经济性、使用性、舒适性和环境协调性4个基本特性,是一种典型的环境友好材料。近年来无机粉体改性塑料在经济性、功能性方面的贡献举世瞩目。漆宗能等研究的蒙脱土纳米改性塑料,黄锐等开发的纳米碳酸钙增强塑料,于建等研究的塑料材料的增韧技术,赵安赤等开发的原位复合增强塑料管材技术,陈宇研发的功能化树脂,朱复华等开发的反应型挤出设备和专有技术,章文贡等开发的偶联剂及无机粉体表面原位组合化学改性技术,陈庆华等开发的无机粉体改性塑料环境友好材料等,都从不同的层面上实现了塑料材料的减量化,促进了我国塑料行业的健康发展。
(二) 回收利用的**技术
在塑料消费持续增长的情况下,科学合理处置塑料废弃物对环境保护及资源再生的意义日趋突出,作为一个新兴产业,其行业规模正在不断发展壮大,前景十分看好。提高废旧塑料改性技术、体现回收利用的经济效益是实现塑料废弃物资源化的前提,但回收利用的前提是不能重新危害环境和人类。因此应进一步在以下4个方面开展系统的研究,将废旧塑料回收产业化的技术水平提升一个更高的档次: ① 大型家电、汽车等的塑料构件在设计时应考虑回收方案和正确标志,提高回收率;② 优先发展废旧塑料回收设备,保证回收生产的现代化、环保化;③ 大力研发废旧塑料共混改性技术,提高质量和经济效益;④ 开发废旧塑料的下游系列化产品,使之适合使用,物有所值。
废旧塑料回收与加工是朝阳产业。目前我国已成立了中国塑料加工工业协会废弃塑料再生利用专业委员会,该专委会秘书长马占峰指出塑料回收再生利用是发展循环经济的重要组成部分。浙江东阳、福建仙游等地陆续建立了废塑城;南京橡塑机械厂等也开发了废旧塑料回收专用生产线;刘英俊等开发了系列废旧塑料下游产品;杨惠娣等则提出应尽快对家用电器和汽车等大型塑料配件的制造组装及回收立法和回收技术进行研究;杨明锦提出电子废弃物资源化处理的技术应按物理回收、化学回收和能源回收三大类方法分别展开;王良恩等致力于废旧塑料超临界回收技术的研究;卢灿辉等致力于基于固相力化学原理的废弃高分子材料回收利用新技术的研究,实现废弃高分子材料的室温超细粉碎、均匀混合、分散、在固相控制分散相尺寸,在加工中调控其结构;上海交通大学高分子材料研究所完全使用国内现有的废旧塑料、橡胶开发了具有自主知识产权的低成本的沥青混合料改性剂;陈庆华等开发了回收塑料专用树脂,并将其应用于管材等产业。但总体而言,目前我国相关回收和加工企业分散、规模小,很多国内外废塑回收与加工的新技术和新设备无法推广实施,回收加工产品质量低下。作为科技工作者,我们有义务进一步加强该领域的研究,同时,回收企业也应该转变观念,消化吸收引进国内外新技术和新装备。在“十二五”期间**将设立五十个“城市矿产”**级示范区,从已获批的二批二十多个“城市矿产”**级示范区来看,其主导业务是回收塑料,目前回收塑料高质化利用和圈区管理及生态产业链的思路在规划建设,这将大大促进回收塑料的资源化、高质化和环境友好化。
(三) 开发可环境消纳塑料
对于不易回收的、回收对环境有害的、无回收价值的塑料制品,应采用可环境消纳的塑料材料生产,它是实现塑料环境无害化的辅助手段。但必须指出我国塑料“白色污染”治理的根本出路在于增强人们的环保意识,即便是可环境消纳塑料制品,也不能随地随意丢弃,必须建立与之配套的管理体系。可环境消纳塑料的*终走向是进入垃圾体系,今后垃圾的处理将以焚烧和堆肥为主。因此开发的可环境消纳塑料应能适应目前的垃圾治理方式,同时应通过生命周期分析原则筛选可环境消纳塑料,使其在不同区域、不同使用范围内具有不同的可环境消纳方法,达到*优化,实现无害化或相对危害较小的目标。早在2002年,笔者就曾在《塑料》中发表过专题的文章,从塑料与环保协调发展的角度出发,较系统地论述了环境友好塑料材料的定义及研究开发方向,探讨了使塑料材料更为耐用、性价比高、易于清洁生产、可回收利用和可环境消纳的方法和途径;总结了目前国内外降解塑料的开发动态,强调了开发的可环境消纳塑料必须适应垃圾的可堆肥、可焚烧、可降解的综合处理方式;着重介绍了几种可提高降解塑料的降解可控性、彻底性和扩宽应用领域的新技术;**报道了可环境消纳专用树脂的技术特点和市场前景。
1. 光钙型可环境消纳塑料
笔者领导的项目组从塑料改性、环境友好材料、适应垃圾综合利用与治理、可环境消纳等技术角度出发,对“复合光敏剂研发及综合吸收紫外线的能力”、“生物活性物质与无机矿物的环保性能”、“可焚烧可降解多功能塑料的开发”、“可环境消纳专用树脂”、“可酸碱降解塑料”、“PVC降解塑料系列技术”、“热固性塑料的降解研究”、“**农业环境生态高分子材料的开发”等技术进行了较系统的研究,在此基础上完成了**“十五”科技攻关项目“可环境消纳塑料专用树脂的研制和中试生产技术”,获得了“可降解可焚烧聚乙烯塑料”(ZL99111037.4)、“聚乙烯复合可环境消纳专用树脂”(ZL01106531.1)和“聚丙烯复合可环境消纳专用树脂”(ZL01106532.X)3项发明专利,部分技术已实现了产业化。其研究的*终目标是要实现一次性使用塑料废弃物的可降解性、可焚烧性和可堆肥性。
2. 可生物降解塑料
可生物降解塑料是指在有氧或缺氧条件下,能被微生物降解为二氧化碳或甲烷、水等小分子、所含元素的矿化无机盐以及新的生物质的一类塑料。在国外这是一类比较受推崇的产品,开始研发于20世纪80年代,但由于成本和工艺问题,当时发展缓慢。随着近几年技术的进步和环境的压力,这类材料又重新受到关注,成为可持续和循环经济发展的亮点。目前这类材料主要包括: 聚乙烯醇类生物降解塑料、二氧化碳共聚物、脂肪族聚酯与聚酰胺的共聚体、脂肪族芳香族共聚酯、聚羟基烷酸酯、聚丁二酸丁二醇酯及其共聚物、聚己内酯及利用可再生资源玉米、马铃薯等生物资源制成的可降解塑料。
(四) 塑料助剂绿色化,应对绿色壁垒
2006年7月1日开始实施的欧盟“双绿指令”之一的《关于在电子电气设备中限制使用某些有害物质指令》(RoHS),其核心内容就是要在电子电气产品的塑料材质中禁止使用包括铅、汞、镉、六价铬、多溴联苯、多溴二苯醚6种物质。有“中国RoHS”之称的《电子信息产品污染控制管理办法》也已于2007年3月1日开始实施。“美泰玩具召回”、“CarCommerce汽车用电线被列黑名单”等国内外热点事件已经给中国外贸出口和经济发展造成巨大的冲击和影响。在此形势下,中国开展替代有毒有害材料的关键技术攻关工作变得更加紧迫。依托高新技术手段,开发替代含有毒有害元素材料的新品种,是保护生态环境、维护人民身心健康、促进科技进步和资源综合利用,实现以人为本,全面、协调,可持续发展战略,构建和谐社会的重要组成部分。目前替代有毒有害材料问题受到我国政府的高度重视,科技工作者在相关领域也已取得了一定成果和突破,陈庆华等主编的《含有毒有害物质的材料及其替代技术》已较全面地阐述和系统地总结了这一领域的成就、存在问题和努力的方向。
1. 增塑剂与溶剂绿色化研究
传统增塑剂邻苯二甲酸酯类是用量*大的一类增塑剂,但因其结构中含苯环具有一定的毒性,国外不断有邻苯二甲酸二辛酯(DOP)等邻苯二甲酸酯类增塑剂可能致癌的报道。国内在邻苯二甲酸酯类的替代方面取得了一系列的进展。何鸣元等已经开发了以离子液体为模板剂合成介孔分子筛HAlMCM4的新方法,并以介孔分子筛催化合成了柠檬酸三丁酯;也有很多研究团队采用不同的催化剂进行合成,如: 李月珍等用硫酸铁铵、周文富等用三氯化钛、祝文存用阳离子交换树脂、付丽华等用固体**酸催化合成了柠檬酸三丁酯,寻找到较为理想的催化剂。
环氧类增塑剂主要包括环氧油、环氧化脂肪酸单酯。因此类增塑剂分子中都含有环氧基团,用于聚氯乙烯(PVC)可以改善制品对热和光的稳定性,当它与金属稳定剂并用时能长期发挥热稳定性和光稳定性的协同效果。在替代邻苯二甲酸酯类的同时还具有良好的综合性能。

目录
《环境友好材料丛书》简介 i
丛书序一 iii
丛书序二 v
前言 vii
**篇实现塑料环境友好化技术措施
**章环境友好塑料的配方设计原则 3
本章导读 3
**节环境友好塑料的定义及研究方向 3
第二节环境友好塑料实例——光钙型环境友好塑料 8
习题与思考 12
参考文献 13
第二章塑料加工技术的节能降耗 15
本章导读 15
**节塑料加工传动系统的节能降耗 15
第二节塑料加工成型系统的节能降耗 19
第三节塑料加工辅助系统的节能降耗 26
第四节塑料加工控制系统的节能降耗 30
习题与思考 30
参考文献 31
第三章环境友好塑料的评价体系 32
本章导读 32
**节塑料制品的质量监控体系概述 32
第二节塑料制品的质量监控体系实例 33
第三节环境友好塑料的评价指标的发展 40
习题与思考 42
参考文献 42
第二篇环境友好塑料
**章可环境消纳塑料 45
本章导读 45
**节无机粉体改性塑料环境友好材料的发展 45
第二节无机粉体改性塑料环境友好材料的主要技术 48
习题与思考 56
参考文献 56
第二章增韧改性塑料 58
本章导读 58
**节常用的增韧改性方法和机理 58
第二节通用塑料的增韧改性 60
习题与思考 71
参考文献 71
第三章纳米塑料 73
本章导读 73
**节纳米塑料定义 73
第二节纳米塑料的研究现状 76
习题与思考 87
参考文献 87
第四章仿生塑料 88
本章导读 88
**节仿生学概述 88
第二节仿生塑料研究概况 91
第三节仿生塑料研究展望 95
习题与思考 96
参考文献 96
第五章**塑料 97
本章导读 97
**节**高分子材料概述 97
第二节塑料**剂 98
第三节国内外塑料**剂研究概况 103
第四节**剂和**塑料的性能评价 106
第五节**塑料的开发与应用 108
第六节**塑料现存问题与发展趋势 109
习题与思考 110
参考文献 110
第六章抗静电塑料 111
本章导读 111
**节静电的产生与危害 111
第二节静电的消除与** 112
第三节抗静电材料概述 113
第四节抗静电塑料的类型及原理 116
第五节影响抗静电剂抗静电效果的因素 120
第六节抗静电塑料研究进展 121
习题与思考 122
参考文献 122
第七章无卤阻燃塑料 123
本章导读 123
**节无卤阻燃的概念 124
第二节无卤阻燃的机理 124
第三节聚烯烃无卤阻燃研究进展 126
习题与思考 132
参考文献 132
第八章无铅化聚氯乙烯塑料 134
本章导读 134
**节PVC热稳定剂的定义及机理 136
第二节无铅化热稳定剂的应用研究进展 137
习题与思考 149
参考文献 149
第九章稀土改性塑料 150
本章导读 150
**节稀土改性加工助剂 152
第二节稀土改性成核剂 154
第三节稀土改性润滑剂 156
第四节稀土改性无机粉体塑料 157
第五节稀土改性塑料的其他应用 161
习题与思考 165
参考文献 165
第三篇废旧塑料的环境友好化
**章塑料适应垃圾综合处置技术的生态设计 169
本章导读 169
**节生态设计概况 169
第二节塑料适应垃圾综合处置技术的生态设计 172
习题与思考 176
参考文献 176
第二章废旧塑料的再利用设计及环境友好化 177
本章导读 177
**节废旧塑料再利用现状 177
第二节废旧塑料再利用原则 183
第三节废旧塑料再利用设计 185
第四节废旧塑料处理的环境友好化 191
习题与思考 196
参考文献 196
第三章废旧塑料高质化改性和环境友好化 198
本章导读 198
**节废旧塑料高质化改性技术 198
第二节废旧塑料环境友好化的发展 201
第三节废旧塑料高质化改性技术的应用 204
习题与思考 229
参考文献 230
第四章回收塑料静脉产业循环经济园区规划与建设 232
本章导读 232
**节塑料工业生态系统 232
第二节回收塑料城市矿产园区的规划 238
第三节回收塑料城市矿产工业园区的建设与管理 245
第四节国内外回收塑料产业发展 249
习题与思考 252
参考文献 252