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可降解塑料研究精选(九篇)

可降解塑料研究

第1篇:可降解塑料研究范文

【关键词】 生物塑料 降解塑料 发展

石油资源的匮乏、生态环境的恶化是摆在人类面前的急需解决的两大问题。近年来,欧美日等发达国家和地区纷纷制定相关法规,采用禁止、限用、强制回收等措施限制不可降解塑料的使用,我国在2008年也出台了限塑令,同时鼓励生物塑料的应用和推广。生物塑料是治理塑料废弃物对环境污染及缓解石油资源矛盾的有效途径之一,是塑料产业未来的发展方向,市场前景十分广阔。

一、生物塑料的概念

生物塑料是生物基塑料和生物降解塑料的统称。生物基塑料的原料来源于可再生资源的碳,但不是所有的生物基塑料都是可降解和可堆肥的。生物降解塑料和可堆肥塑料是从产品功能角度,达到了科学公认的关于塑料和塑料产品的生物降解性能和可堆肥性能规范标准的生物降解聚合物。这些标准主要是欧洲的EN13432标准,美国的ASTM D6400标准,以及ISO 17088标准。也有部分生物降解塑料和可堆肥塑料是来源于石油基。

二、全球生物塑料产业发展特点

1、政策驱动生物塑料产业快速发展

据欧洲生物塑料协会统计,2011年全球生物塑料产量超过100万吨,预计到2015年将达到170万吨。越来越多的企业将生物塑料纳入到企业可持续发展计划中。该产业在发展初期,驱动力主要来自于政府政策推动,以欧美发达国家为主。1989年纽约市开始对生产厂家给予补贴,1996年美国设置了总统绿色化学挑战奖,2002年要求每一个联邦机构都必须制定生物塑料使用计划;德国禁止将含有大于5%有机物含量的固体废弃物掩埋地下,强制生产传统塑料袋的企业承担回收塑料袋的义务;日本给予购买环保产品消费者70%的政府补助,确定了到2020年20%的塑料袋来自可再生资源的目标。

2、原材料生产装置的制造逐渐转向亚洲和美洲

目前生物塑料的消费市场主要集中在欧美等经济发达地区,但近几年,在对原材料生产装置的投资集中于亚洲和美洲地区。2011年萘琪沃克公司与泰国PTT公司合作建设年产14万吨PLA生产装置;法国阿科玛和韩国CJCheilJedang公司合作在东南亚建设产能8万吨/年的生物蛋氨酸和硫代化学品工厂;荷兰Purac公司在泰国建设7.5万吨/年乳酸厂;巴西Braskem投资建设20万吨/年的绿色聚乙烯项目和年产能为40万吨的新工厂;美国Myriant公司在路易斯安娜州建设全球最大的生物基琥珀酸工厂,产能超过1万吨;法国BioAmber公司在北美建设生物琥珀酸和改性聚丁烯琥珀酸酯工厂。

3、应用领域逐渐高端化

随着性能增强,生物塑料向汽车、消费品电子、食品等高端耐用品领域延伸。日本本田、三菱、马自达、丰田等汽车制造中,从车底板垫、座垫、车门防擦板等多个零部件都有应用,丰田的一款车80%的内部部件由生物塑料制造,在笔记本电脑、手机、复印机等的外壳和零部件也广泛采用了生物塑料。2012年,英国以激光烧结生物塑料为原料采用3D打印技术建造了纤维尼龙结构房屋模型。

4、原材料种类趋于多样化

目前市场上的生物塑料多以玉米、小麦、甘蔗、植物秸秆等为原料,其中以玉米最多,但是这难以替代数量大、品种多的石油系列材料,因此众多研究机构及企业积极开发新的生物塑料。日本研发了木质生物系列塑料,提高了环境性能和材料特性。英国科学家利用地沟油作为原材料,合成了适于医疗应用的可降解生物塑料。巴西以发酵菌在甘蔗渣中发酵制造的PHA具有生物相容性,可用来生产药用胶囊。悉尼利用二氧化碳废气开发了PPC,可解决当前PPC生物塑料生产上的问题。新西兰正在研究基于肉类的Novatein生物塑料产品。

三、我国生物塑料产业现状

21世纪初,国内企业开始涉足生物塑料领域,现已初步建成了涵盖研究开发、生产加工、应用开发、市场推广、技术服务的全产业链,生物塑料正朝着以绿色资源化利用为特征的高效、高附加值、定向转化、功能化、综合利用、环境友好化、标准化等方向发展(生物基材料产业科技发展“十二五”专项规划)。

1、生物塑料产业出具规模

据统计,2012年我国仅生物降解塑料产业总产量约30万吨,三年复合增长率为27.3%,年产值3000万元以上企业超过40家,产值超过3亿元企业在5家以上。国内知名企业主要有:金发科技、齐翔腾达、鑫富药业、彩虹精化、扬农化工、大东南、浙江海正生物、武汉华丽环保、宁波天安生物等。

2、部分原材料生产技术处于国际领先

我国生物塑料的发展与其他制造业不同,不是在承接国际产能转移的基础上发展起来的,该领域的研发和工业化水平处于世界先进水平,多家高校和科研机构都进行了大量研究,如清华大学、上海同济大学、四川大学、南开大学、天津大学、天津工业生物研究所、中科院理化所和长春应化所等,研究成果为产业发展提供了技术保障。现已实现产业化的品种有聚乳酸、聚羟基烷酸酯、聚丁二酸丁二醇酯等,部分产品的生产工艺和技术还处于国际领先水平。

3、终端产品研发制造有待于进一步提高

目前国内从事降解塑料制品加工研究的力量尚显薄弱,大部分企业将关注的重点集中在材料合成上,而忽略了制品加工开发,一些制品在耐热、耐水及机械强度方面与传统塑料制品相差较远,而这一点恰恰是生物塑料能否大规模市场化的关键。

4、高端应用领域有待于开发

我国的生物降解塑料制品主要目标市场为:食物软硬包装、包装膜(袋)、垃圾袋、台布、餐具、地膜、育苗钵、发泡网等,电子、医疗、汽车等高端消费领域产品还不多。

5、国内市场普及率较低

与国外市场相比,生物塑料在国内市场还远未普及,主要原因在于成本高,是石油基塑料制品的2―10倍,国内消费者虽在环保意识上有所提高,但仍不愿意为此支付较高的费用。其次是产品性能,目前还无法完全满足消费者需求,石油基降解塑料性能比较稳定,而生物基降解塑料在性能上还存在不足。

6、政策对产业发展推动力不足,产品以出口为主

我国在新材料产业“十二五”发展规划、生物产业规划、可再生能源法、863计划中均有涉及,主要包括:基础研究、产业化示范工程、产品认证、市场激励等。但在具体实施上,政策的针对性和可操作性不强,使得国内生物塑料市场推广缓慢,企业想通过政策打开市场很难。国内大部分产品以出口为主,市场在外不利于行业的持续健康发展。

四、天津(生物)塑料产业发展现状

1、塑料企业集中度较高

天津市塑料产业,2012年规模以上企业302家,从业人员60867人。塑料产业主要集中在宝坻区、西青区、静海县,其中以宝坻区塑料产业规模最大,宝坻塑料制品工业区规划面积10.8平方公里,重点发展塑料原材料加工、农用塑料、工程塑料、塑料建材生产及塑料加工机械制造。

2、中小民营企业占主体地位

天津市塑料产业规模以上企业有302家,其中国有企业只有5家,国有企业工业总产值占地区工业总产值的4.6%,并呈逐年下降趋势(2011年为5.46%);规模以上民营企业236家,工业总产值占地区工业总产值的94.54%。民营企业以小微企业为主,共255家。

3、环保、功能性是产业发展的主题

天津塑料产业在技术创新、产品创新方面取得了一定的成就,企业在产品研发中把握世界塑料发展趋势,在环保、提高性能方面投入了大量资金,开发了一批畅销国内外的塑料制品。比如:久大塑料制品公司的可回收环保购物袋、旭辉恒远公司的阻燃塑料包装袋、华庆百盛利用回收的废旧塑料再生制造的包装袋。

4、生物塑料是产业转型的重要方向

自上世纪90年代以来,天津传统塑料制品行业相对于我国华南、东南沿海的广东、浙江、江苏和上海等省市地区发展速度慢了一些,企业经营模式陈旧、规模偏小。同时,部分企业开始转至生物塑料领域,2008年国韵生物获得帝斯曼风险基金、崇德投资、中国环境基金、KPCB、北极光创投等七家共计2000万美元的投资,成立国内最大的PHA的生产基地。天津市塑料产业逐渐向生物塑料方向发展。

5、在生物塑料方面具备一定的研发基础

天津在生物塑料研究方面做了大量工作,取得了一系列的成果。天津工业生物技术研究所开发了以木薯为原料炼制丁二酸的生物合成技术,并与山东兰典生物科技股份有限公司合作实施“非粮原料生物炼制琥珀酸及生物基产品PBS产业化”项目,实现我国PBS下游产品规模化生产。天津大学理学院、南开大学生物活性材料研究教育部重点实验室等研究机构也在生物塑料领域各有建树。

五、天津市发展生物塑料产业的建议

1、加强生物塑料新产品开发研究

天津是较早开展生物塑料研究的地区之一,在生物材料研究方面取得了丰硕的成果,但主要研发方向是高分子材料,而先进成型工艺、高性能的结构设计和产品设计方面总体研发力量薄弱。加强新产品的开发是扩大生物塑料产业化的重要手段。一是要加强新产品应用研发,开发具有自主知识产权的创新型产品,围绕天津市塑料研究所开发医用生物塑料系列制品,引领生物塑料向高端化发展;二是要加大生物塑料制品加工研究,提高产品性能,促进产品的大规模市场化,降低成本以替代石油基塑料制品。

2、加大政策支持力度,推动塑料加工企业转型升级,

给予以生物塑料产品生产企业税收优惠、价格补贴、设立专项资金等政策,鼓励传统塑料制品企业向生物塑料制品转型,一是解决塑料产业的低迷,二是利用天津在塑料加工方面良好的产业基础,加强生物塑料制品加工能力。适当限制甚至分期分批禁止某些传统塑料制作的一次性非降解包装产品。

3、建立生物塑料研发平台,促进科研成果转化

加快突破生物基材料制造过程的生物合成、化学合成改性及树脂化、复合成型等关键技术,促进重要生物基材料低成本规模化生产与示范。依托天津大学、南开大学、天津工业大学等研究机构,构建生物基材料研发转化平台,促进研究机构科研成果向企业转化,提升企业科技创新能力,为生物塑料产业培育提供科技支撑。

4、市场推广先国外后国内,提高环保消费理念

生物塑料制品市场主要在欧美地区,采取先立足国外市场,逐渐培育国内市场的策略。价格高是影响我国市场推广的重要因素,我国消费者对价格的承受能力较差,国内市场尚未打开。提高消费者环保消费的理念对于打开国内市场至关重要。

【参考文献】

[1] 于浩强、张艳梅等:生物降解塑料的研究现状与发展前景[J].上海塑料,2012(1).

第2篇:可降解塑料研究范文

关键词:聚丁二酸丁二醇酯(PBS);制备技术;应用前景;生物降解性;石油基产品 文献标识码:A

中图分类号:TQ323 文章编号:1009-2374(2015)15-0048-03 DOI:10.13535/ki.11-4406/n.2015.15.024

1 聚丁二酸丁二醇酯(PBS)综述

1.1 聚丁二酸丁二醇酯(PBS)定义

聚丁二酸丁二醇酯(PBS)作为一种新型塑料材料,结构是丁二酸与丁二醇经常复分解反应后形成的酯,分子式为:HO-[CO-(CH2)2-CO-O-(CH2)4-O]n-H,

具有生物降解性优异、用途广泛等特点,常用于塑料包装、食用餐具、农用薄膜、医用高分子材料等领域。与其他降解型塑料相比,PBS的成本低、性能良好,能非常好地与其他不同材料进行有效聚合,因此其工业应用前景非常广阔,具有很好的市场与经济价值。

研究表明,聚丁二酸丁二醇酯(PBS)以二元酸以及二元醇等化学物质为主要原料,通过一系列化学反应而合成。经过多年的科学实验与工业声场,PBS的加工性能已经比较成熟,可在绝大多数塑料设备上开展任何形式、任何类型加工。此外,PBS也可以与碳酸钙、淀粉等廉价填料共混,以此来以降低生产质保成本。

1.2 聚丁二酸丁二醇酯(PBS)的性能

研究表明,聚丁二酸丁二醇酯(PBS)塑料除了具有普通塑料的性能外,同时还具有透明性好、光泽度强以及印刷性能好等多种特点,是目前被公认为最有前景的绿色环保型高分子材料。具体来说,聚丁二酸丁二醇酯(PBS)的性能主要表现在以下四个方面:

1.2.1 良好的加工性。工业研究与应用显示,聚丁二酸丁二醇酯(PBS)具有良好的加工性能,加工温度比较高,一般在150℃~200℃之间。可在多种常用的塑料加工设备上开展注塑、挤出以及吹塑等各类成型加工,是学术界与工业加工行业公认的加工性能最好的材料。此外,该型材料还可以与碳酸钙、淀粉等其他物质进行混合,降低生产、使用成本。

1.2.2 良好的耐热性。聚丁二酸丁二醇酯(PBS)的耐热性也非常优异,多年的实验与工业研究表明,聚丁二酸丁二醇酯在各类塑料中的耐热性能最出色,能非常好地满足工业对塑料用品耐热性的需求,从而广泛应用于冷热饮包装和餐盒等塑料材料。

1.2.3 低降解性与化学性能稳定性。降解是与形成相反的化学反应,是指大分子化合物经化学反应回归到小分子化学的过程。化学稳定性是指材料对来自外在因素腐蚀的抵抗能力。聚丁二酸丁二醇酯(PBS)的化学稳定性非常好,只有在化肥、土壤、水以及其他外在因素的环境下,缓慢的被微生物和动植物体内的催化酶分解,最终分解成二氧化碳和水。

1.2.4 良好的力学性能。与其他多种塑料相比,PBS具有更为优异的力学性,具有各类通用树脂的力学性能。

1.3 聚丁二酸丁二醇酯(PBS)的应用

由于聚丁二酸丁二醇酯(PBS)的上述性能,使它具有非常广的应用范围。

1.3.1 聚丁二酸丁二醇酯(PBS)广泛应用于包装领域,主要有包装垃圾袋、食品袋、各种冷热饮瓶子、农用薄膜、种植器具与植被网等。

1.3.2 聚丁二酸丁二醇酯(PBS)广泛用于各类日化用品。一般来说,日化用品对塑料制品的机械强度的要求比较严格,所以需要在PBS中添加滑石粉、碳酸钙等,满足日化用品的使用需求。

1.3.3 由于聚丁二酸丁二醇酯(PBS)具有生物相容性与可降解性等特点,从而广泛应用于医疗行业,如用于人造软骨、手术缝合线、手术支架等医用设备。

2 聚丁二酸丁二醇酯(PBS)应用的合成工艺

化学合成法在聚丁二酸丁二醇酯(PBS)合成中的应用最广泛,主要有溶液缩聚法、熔融缩聚法、扩链法、酯交换聚合法等。此外,聚丁二酸丁二醇酯(PBS)也可采用生物发酵法进行合成,但其成本较高,应用范围不广。

2.1 溶液聚合法

溶液聚合法的具体原理如下:在一定温度与催化剂条件下,使丁二酸与丁二醇发生化学反应,完成二者的酯化反应,在反应过程中使用不同的溶剂,减少反应生成的水分,然后在高温条件下发生缩聚反应。

一般来说,如果不能及时分离溶液聚合反映产生的水分,将会给PBS的聚合反应带来不利影响。因此,有学者对溶液缩聚法进行了提升与改进,以十氢萘为溶剂,以二元酸和二元醇为原料,在合适的温度与催化加条件下发生聚合反应,并用油水分离器取代传统水分离方法。该种方法适用于工业对塑料的大规模生产。

2.2 熔融缩聚法

熔融缩聚法将合成PBS的过程分成酯化阶段和缩聚阶段两部分。具体步骤为:在较低的温度条件下,以丁二酸和丁二醇为化学反应原料,进行熔融酯化反应,然后在真空、高温条件下完成缩聚反应。

该方法对催化剂的要求比较高,催化剂能直接影响PBS分子量的大小。学者在35℃与31.99kPa的条件下,以三氟甲烷磺酸钪和三氟甲基磺酰亚胺为催化剂完成聚合反应,取得了较好的效果。

但是,通过传统合成工艺聚合得到的PBS分子量相对较低,限制了PBS的合成效果与应用范围。因此,学者又进一步创新和改进了PBS的合成工艺,将缩聚反应分为预缩聚和真空缩聚两步,从而进一步提高了PBS聚合的效果与效率。

2.3 扩链法

扩链剂是一种分子量相对较低的双官能团化合物,易同高分子聚合物链的末端基团发生化学反应,可增加聚合物的相对分子量,进一步加快聚合反应。

使用扩链剂后的扩链法可使聚丁二酸丁二醇酯(PBS)的力学性能大幅提高,研究结果显示使用扩链法后的PBS的力学性能有所善、特性黏度有所增强、生物降解性也有所改善。

此外,使用扩链剂后的扩链法还可提高PBS的分子量,研究表明:采用该法后的PBS的分子量成倍增加,热稳定性也有所提高,但该扩链反应法所需的时间较长,反应条件也较为苛刻,因而使用范围较小。

2.4 酯交换法

在高温、高真空以及催化剂的作用下,使等量的二元醇和二元酸二甲酯进行酯交换,完成聚合反映,从而得到聚丁二酸丁二醇酯(PBS)。由于酯交换法中未使用溶剂,而且参加反应的二元醇可通过水溶剂或加热等简单操作除去,最终得到的PBS杂质含量较低。

3 聚丁二酸丁二醇酯(PBS)的改进

为进一步提高聚丁二酸丁二醇酯(PBS)的性能,许多学者开展了大量的针对PBS的改进性分析与研究,在不断提高PBS各类常用性能与特点的同时,也有效地提高了生物相容性和生物降解性特性,具体改进方法分为共聚改进方法和共混改进方法两种。

在实施共聚改进方法时,把芳香族类聚酯添加到PBS制备之中,能明显提高其既有的物理性能与力学性能。研究表明,将芳香基团连接在PBS侧链上,能使PBS的断裂明显伸长、撕裂度明显降低、生物降解性明显加强。把脂肪族组分添加到PBS的制备过程中,可有效改善PBS的脆性,提高其生物降解性等。

4 聚丁二酸丁二醇酯(PBS)的应用及产业化发展

PBS是降解能力非常强的化学聚合物,在自然条件下,可完成分解,且其分解产物是对自然环境没任何污染与破坏的水和二氧化碳。因此,大力发展与推广PBS及其相关产业,是有效降低塑料产量、环减环境污染的重要途径之一。

4.1 聚丁二酸丁二醇酯(PBS)的应用

以PBS作为主要的原料,可制造出化学性能与物理性能都非常优良的复合纤维。此外,将带有金属离子的陶瓷材料与PBS纤维混合,能制造出抗菌性能非常好的纤维材料。研究还表明PBS在人体内部的适应性非常好,在人体内可以被完全分解和吸收,且几乎不产生副作用。因此,PBS也广泛应用于医疗手术缝合线等。

4.2 聚丁二酸丁二醇酯(PBS)的产业化发展

近年来,欧美发达国家越来越重视PBS可降解塑料的研究与应用,投入大量的人力与物力,加大研发力度,从而明显加快了产业化发展的步伐。研究表明,生物降解性塑料的需求呈几何指数增长率,预计欧洲2015年消费量将超过100万吨。

20世纪末,日本的高科技公司以异氰酸酯为扩链剂,对传统缩聚合成得到、分子量相对较低的PBS开展改进,成功实现了相对分子量为200000的PBS聚合,极大地扩展了PBS的应用范围、加快了市场化应用步伐。

在国内,中科院下属的研究所自主研发了特种纳米微孔载体材料复合高效催化体系,实现了对相对分子质量超过200000的PBS的聚合合成,并与相关公司签署协议,合资组建分子材料公司,建设世界最大规模的PBS生产线,成功实现其产业化发展,这标志着中国生物降解塑料产业开始大规模产业化的新纪元。此外,由于PBS具有优异的性能,中科院在常用塑料加工设备上对PBS及其相关产品开展再加工与再成型研究,从而制备出加工性能更加优异、工业用途更加广泛的PBS材料,且该材料对设备和工艺的要求进一步降低。

PBS生物降解性聚酯作为塑料家族的品种之一,因其良好的性能特征与低污染性,正以很快的速度实现产业化、规模化发展。目前已经进入实用推广阶段,随着社会对环境污染的日益关注以及对降解塑料的不断需求量,其产业规模必定将进一步扩大。与此同时,发酵法生产丁二酸已实现商业化发展,技术也已成熟,为大规模生产与发展PBS提供来源保障,使PBS变成真正的绿色塑料,且其成本也将进一步降低,产品的应用领域还会不断扩大。

5 结语

目前,虽然PBS作为一类新型的生物降解材料,且国内外学术界与工业领域对其的研究与应用逐渐增加,但其在很多领域的研究存在局限与不足。不同学者的观点仍存在一定的分歧。本文认为,随着理论研究与实践应用的进一步深入与成熟,PBS的综合性能将会不断提高、成本与价格也将不断降低,并逐渐取代传统塑料,进一步降低对环境的污染与危害,从而真正实现可持续发展。

参考文献

[1] 廖才智.生物降解性塑料PBS的研究进展[J].塑料科技,2010,(7).

[2] 刘钺,杜风光.生物降解塑料的产业化现状与前景

[J].河南化工,2012,29(8).

[3] 张维,季君晖,赵剑,王小威,许颖,杨冰,王萍

丽.生物质基聚丁二酸丁二醇酯(PBS)应用研究进展[J].化工新型材料,2010,(7).

[4] 黄关葆.聚丁二酸丁二醇酯的研究与产业化现状[J].纺织学报,2014,(8).

[5] 王斌,许斌.聚丁二酸丁二醇酯(PBS)的现状及进展[J].化工设计,2014,(3).

[6] 李彦磊,陈复生,刘昆仑,王洪杰,方志锋.可生物降解材料及其评价方法研究进展[J].化工新型材料,2013,(3).

[7] 季君晖.新型全生物降解塑料PBS进展[J].中国科技成果,2008,(8).

第3篇:可降解塑料研究范文

消息一公布,公众舆论哗然。这“微塑料”从何而来?怎么会进入食盐之中?吃了这样的食盐对身体有什么危害?

研究人员认为,海盐的“微塑料”污染颗粒源于海洋――海洋中尤其是近海漂浮着的大量塑料污染物,如扔进海中的塑料袋、塑料瓶、废弃塑料家具、管线等等。塑料微粒也可能由其它途径进入食盐之中,食盐在加工、干燥以及包装等过程中也可能受到“微塑料”污染。

那么,首先应该搞清楚什么叫“微塑料”?

顾名思义,“微塑料”是指微小的塑料颗粒,一般定义为5毫米以下,可能小到几微米甚至更小。这些塑料微型颗粒均来源于人类的活动,最重要的是丢弃到自然界的塑料制品。这些废弃的塑料在自然环境中会慢慢降解,从大块塑料慢慢降解成小块,以至于成为“微塑料”,最终有可能十分缓慢地降解为无害的自然元素。

人类丢弃的塑料制品并不是“微塑料”的唯一来源。人类合成塑料的单体,本身就是“微塑料”,因为种种原因也可能进入到环境中。还有一些生活用品,比如化妆品、护肤品和洗浴用品,也会加入一些微塑料颗粒改善质感。这些生活用品中的“微塑料”,最终也会进入自然环境之中。另外,化纤纺织品在洗涤过程中,也会洗出一些微塑料颗粒进入废水中,然后,辗转进入江河湖海。

这些塑料制品以及“微塑料”在自然环境中降解缓慢,“水流千里归大海”,随着地球的水循环,最终都汇聚到大海之中。且汇聚的速度远远超过了它们完全降解的速度,就是说,在它完全降解之前进入了大海,于是海洋里的“微塑料”越来越多。

那些细小的“微塑料”常常被眼目所忽略,很容易被海洋中的各种浮游生物以及鱼类吞下,然后进入食物链,一级一级地进入各种鱼虾以至于巨型鲸鱼体内。2015年的《环境与健康展望》杂志上展示了一条双带鱼,在它的体内找到了17颗“微塑料”。如果人类吃了这些鱼虾,那些没有完全降解的“微塑料”照样可以进入人体之中。

人们曾经关注“微塑料”可能对海产品的质量和安全产生影响,进而影响食用者的健康;而食盐中发现“微塑料”则为我们敲响了另一个警钟:微塑料颗粒可能随着食盐直接被人们吃进体内。这与人们通常抨击的“黑心厂家”无关,也不是中国独有的问题,而是全世界共同面临的问题。研究者这次发现“中国的食盐中都含有微塑料颗粒”,仅仅是因为研究者在中国,所采集的样品全都是中国的而已。

这些微塑料颗粒被吃进人的体内会产生什么样的问题?目前还不十分清楚。但不难想象,毫米、微米到纳米级的“微塑料”进入体内以后的结果会有很大差别。科学家用贻贝做过实验,发现微米级的“微塑料”进入贻贝肠道之后,会在淋巴系统中检测到。把贻贝从含有“微塑料”的水中转移到清洁的水中之后,循环系统中的“微塑料”含量还会持续上升,12天以后才开始下降,“微塑料”在循环系统中停留的时间长达48天。

实验证实,微塑料颗粒越小,就越容易进入循环系统。人体结构精密,比贻贝高级得多了,“微塑料”能够进入贻贝的循环系统,并不意味着也一样能进入人体的循环系统。但是,如果是更小的塑料颗粒,比如是纳米级的呢?就如同PM2.5对人体呼吸系统的影响远远要大于那些大颗粒一样,更小的微塑料颗粒,经过消化道是否可能进入血液或者淋巴系统呢?到目前为止,还没有相应的深入研究,但理论上是存在对健康的潜在影响的。

让我们可以稍感安慰的是,贻贝这种生物对环境污染非常敏感,经常被作为环境污染的“指示灯”来用。在实验中,虽然相当数量的“微塑料”进入了贻贝的循环系统,但它们没有表现出明显的异样和异常。就是说,对它的生物影响或曰生存质量影响不那么显著。而人体对“异物”的防御体系要比贻贝精密得多,再加上人们对食盐的食用量很小――按照世界卫生组织以及《中国居民膳食指南》的建议,每天食用食盐不超过6克。每天从食盐中吃进的“微塑料”最多也不超过几块,产生明显危害的可能性不大,因此,似乎也不必杯弓蛇影、忧心忡忡。

“微塑料”这个概念,2004年才被英国的理查德・汤姆森教授提出。“微塑料”在自然界到底以什么样的方式循环、以什么样的途径进入食物链、对人类健康有什么样的影响……目前没有答案,用汤姆森教授的话说,“问题多于答案”。2014年,美国环保署邀请相关领域的世界级顶尖专家开会研讨,依然是提出了许多问题,无法给出答案。专家认为还缺乏更深入的研究,需要今后更多地加强这方面的研究。

面对食盐里含有“微塑料”问题,中国盐业协会权威人士已经出面表示,中国食盐的安全性是有保障的,如果环境受到污染,在盐的生产加工过程中,已经最大限度地把污染物剔除掉了。尽管回答不是那么具体,没有详细的指标数字,但也足以安定人心。

盐业协会权威人士称,目前还不清楚华东师大研究团队是用何种方法检测出的塑料微粒,塑料微粒粒径范围是多少。另外,还需要了解相关检测设备和检测手段,看看检测方法、标准是否与国际接轨。但从近些年食盐的历史来看,还没有关于塑料微粒引发疾病以及威胁健康的报告。

第4篇:可降解塑料研究范文

中国农业大学食品科学与营养工程学院的冷小京教授回答了这个问题。近日,冷小京所带领的团队研究出可以食用的保鲜膜。这种保鲜膜直接包裹在食品外,不仅可以起到保鲜作用,更可以与食品一起食用。

随着都市生活节奏的加快,保鲜膜已逐渐成为日常生活中的一种必需品,但传统的保鲜膜属于石油制品,不仅难以降解,而且包装食品过程中容易产生塑化剂危害人体健康。为了让食品保鲜更加安全放心,科学家们一直致力于研发新的技术改进传统的食品保鲜。

这项技术在国外很早就已经开始着手研究。研制出来的这种保鲜膜是从牛奶中提取来的,通过对乳清蛋白加工从而形成膜用于保鲜。牛奶含有酪蛋白和乳清蛋白,酪蛋白提取后做出来的是奶酪,做成奶酪后会有很多的废水跑掉,而废水里含有大量的乳清蛋白,乳清蛋白自身是一种优质蛋白,是人体非常需要的。

国外的类似研究相对而言已经比较完善了。而冷小京所带领的团队从制作奶酪的废水里把乳清蛋白提取出来然后做成了膜,也算是一种牛奶制品。

保鲜膜也能补钙

提及想法的产生,冷小京说他的初衷是为了食品的安全保鲜。早在2007年国家863项目对此进行了支持,使用乳清蛋白做膜一开始考虑的是机械强度,保鲜膜要结实,要包别的东西,防刺穿能力、保鲜能力都要强,要具备柔软和延展性。

研发的过程中所用的材料全是食品级的材料,连塑化剂都是食品,这样做出的膜就不再是普通意义上的包装膜了。于是冷小京开始思考,既然都是用食品级的材料加工,那保鲜膜本身也是一种营养因子的提供者而具备一些营养,那么膜本身就应该可以食用。

“于是我们在里面添加了一些别的营养因子、功能保健因子。接下来,我们就要考虑不光要有营养还要维持原先的机械强度。我们在这两个之间做了很多的基础研究,于是后来出现了可食用保鲜膜。”冷小京研究出来的可食用保鲜膜有的可以用来补钙,有的可以用来补充维生素。

从研究角度来看,可食用保鲜膜分为几类,一种是加强包装方面的功能性,包括抑菌能力、杀菌能力、抵抗紫外线辐射的能力。另一种是营养可以控制的,可以加入不同的维生素或者营养因子。

这项技术不仅在国内有了研究成果,早在2012年9月,阿根廷布宜诺斯艾利斯大学的研究人员就利用植物中的淀粉提取物,成功地发明了一种可以食用的塑料。这种塑料不但无毒无害,包裹在食物上还具有保鲜作用,而且易于降解,不会对环境构成危害。

在冷小京看来,两项研究的原理和初衷都是相同的。

从传统中借鉴

传统的食品保鲜大多是用保鲜膜完成,而这种保鲜膜自身属于化工制品,含有大量的化工元素。食品包装膜在微波炉热饭的时候用量非常大,可这种保鲜膜一旦碰到高温,尤其是饭菜的油脂较多时,就很容易破裂,这种破裂本身意味着材料的断裂,这样就会有肉眼看不见的碎片跟饭菜混在一起,于是许多的化工原料就在人们不经意的时候被吞咽到身体里。

另外大量传统化工做成的材料作为食品包装,都有对人体有害的化工助剂溢出迁移的现象。化工材料从膜或者塑料里直接溢出到食品里面,如果食品里含有油性的物质,二者就会进行结合。长期下去,人体会因此产生越来越多的健康隐患。

为此,科研界一直致力于研究可以食用的保鲜材料。冷小京说:“可食用膜里面的塑化剂也可以食用,把它和食品的外包装隔开,即使膜里面有东西溢出,溢出的也是食品级的原料,这样就排除了安全隐患。从化学角度来看,尽管传统材料溢的化学品含量没有达到影响健康的程度,但是依然是一种隐患,我们不能忽略不计,科研界应该在科技上找到解决的办法。所以可食用保鲜膜的问世在应用领域上属于不可避免。”

研究初期,冷小京的团队也遇到了大量的问题。失水快无疑是其中最核心的一个,乳清蛋白做成膜以后,漏天放置,一两个小时内就会脱水,形成的膜就变的很硬很脆,一掰就断,不能做包装材料。

“于是我们就加入了可食用的塑化剂和甘油,用它们来代替水。以前水用来做塑化剂的时候,形成的膜在水里一泡一蒸发,膜就变成很硬了。而塑化剂放进去以后,膜就变得柔软,加上甘油不易蒸发,放进去后水分跑掉了,甘油就进去了。所以我们的膜从物理感官上就像一个透明的塑料布,柔软性好、透明度高。”冷小京介绍。

可食用保鲜膜既然可以被人类吃,相应的也可以被微生物吃掉。冷小京当然已经考虑到了这个问题,“膜的设计决定它的性质,我们的膜增加了抗菌素,比其他的食品的抗菌能力强很多,别的食品可以被污染,但这个膜就不容易被污染。抗菌素仍然被多数人忌讳,不愿意食用。但如果把它放在膜里就没关系,膜可以选择不吃也可以扔掉。”

当然,任何食品都有保质期,可食用保鲜膜作为一种可食用物质也有保质期,过了保质期就不能再食用了。目前可食用膜的保质期为半年到两年。

依然存在隐患

可食用保鲜膜也不是完美的,具有自己的缺点。这种膜从设计的角度考虑是一种内包装膜,跟食品直接接触,外面还是要有一层塑料包装。直接把它当外包装膜固然可以,但是其性能就没有化工产品对外界的抵抗能力强。

食品的本质,既是它的优点同时也是缺点。

与传统的保鲜膜相比,可食用膜的应用领域不同,有相当一部分材料可以用可食用材料取代,但是有很多材料依然是不能被取代的。比如有些材料需要比较强的机械能力,撕不破拉不断,需要高强度的材料才行。而一些塑料的杯盘碗碟、纸张、布等完全可以被可食用材料取代。

至于可食用保鲜膜彻底取代传统保鲜膜,在技术上还有很长的路要走。

随着研发的深入,这项技术已基本趋于成熟,在冷小京的实验室里,做出一批可食用膜仅需要一个小时的时间。谈及该项技术未来的发展,冷小京希望能够将技术产业化、进入大工业生产阶段,他也正在积极地选择合适的厂家进行工业生产。

目前这种可食用保鲜膜的成本维持在每几毛钱左右,这在食品领域中已非常低,但相对于传统化工包装材料还是较高。冷小京认为由于刚刚走出实验室,再加上食品不像化工产品一样可以大工业化生产,成本高是不能避免的,而一旦形成大工业化生产成本就一定会降下来。

塑料的食品化?

可食用保鲜膜,能够替代传统工业塑料保鲜膜。如果这种理念延伸,是不是所有化工制造的塑料制品都能用食品替代?

中国塑料行业协会专家认为,传统的塑料都属于化工制品,其原料为不可再生资源,具有不可降解性。由于这样的自身缺点,传统塑料的大量存在就造成了大面积的白色污染,科研界一直致力于研究可降解塑料。可降解塑料能利用可再生资源和食物纤维制造,利用玉米等食品中含有的聚乳酸进行研究,将食品本身的可降解性转化至塑料领域加以利用。

对于这样的发展思路,冷小京也表示赞同。“原来的化工产品在最开始研究使用的时候由于限制,很多的原料我们并不清楚就用了,现在看到了危害,就应该寻找一些新的材料去取代。如果将这种理念应用进去,传统塑料技术的水平、塑料的降解性都会得到提高。比如玉米中含有的聚乳酸可以做膜,这种材料的强度非常高且可以降解,调整设计和成分配方可以控制它的降解快慢。技术方面,传统的化工原料跟我们的技术之间有很多地方都存在交叉。从分子角度来看,都是高分子形态,这两个技术也不冲突。虽然二者的出发点完全不一样,可食用材料在强度上也永远不会比传统化工材料高,但在以后的发展中,在跟食品包装相关的领域里这两种类型的材料一定会有交集,二者应该是相辅相成的。”

谈到未来的发展,冷小京认为这里面的可能性非常多,聚乳酸、蛋白质、海藻酸等材料都是可以食用的,各有各的特色,具有某种程度的共性。科研界可以把很多的东西做成膜,也可以跟聚乳酸混在一起。拥有无穷无尽的方法,看人类需要的是什么,这不是谁取代谁,而是解决需求的问题。所有的材料都有自己的特色,应该各管一块、相辅相成。将多种材料的优势最大限度地发挥,必然会有更大的技术进步产生。

但对于这样的发展思路,我们要辩证看待。可降解塑料可以降低白色污染,但从另一角度来看,技术的发展需要大量的生物资源做储备,五六吨玉米才可以合成聚乳酸,目前我国的经济发展还达不到这样的水平。

况且大量的生物储备,对粮食安全也会造成一定的威胁。同时大量的生物储备伴随而来的是成本的高昂和粮食的短缺。因此,我们需要辩证的看待这项新技术在工业领域中的应用,正视发展初期阶段可能伴随而来的各项问题,并逐渐突破难关。

第5篇:可降解塑料研究范文

关键词:邻苯二甲酸酯;塑化剂;毒性;危害;检测

1邻苯二甲酸酯类塑化剂的简介

塑化剂,又称为增塑剂,是一种广泛应用于工业中的塑料添加剂[1],添加塑化剂会改善塑料制品的可加工性,耐久性和柔韧性。塑化剂种类繁多,邻苯二甲酸酯(phthalate esters,PAEs)类是比较常见的一种塑化剂,因其卓越的性能和与乙烯基及其它高分子的兼容性,被广泛应用于聚合材料中,如聚氯乙烯(PVC),聚醋酸乙烯酯(PVAC)等。如作为聚氯乙烯塑料(PVC)的增塑剂和软化剂,PAEs的使用占塑化剂用量的80%以上[2]。

PAEs类物质原料较易获得、成本较低,作为塑料制品的添加剂能够很好的改善塑料本身的性能,因此应用非常广泛。但是,在塑料包装生产过程中,PAEs不能与高分子碳链完全聚合,化学性质并未遭到破坏,并且与聚合物基体的结合不是不可逆的,人们直接或者间接接触PAEs都会对身体健康造成危害,同时也会加速塑料制品的老化。

PAEs的有效降解能够从根本上避免此类物质从动、植物体内转移到人的体内,因此,PAEs在环境中的暴露评价及降解也逐渐成为科研人员关注的热点。

2.PAEs的毒性及危害

PAEs类物质的应用无处不在,包括在添加在塑料制品中起增塑剂的作用;PAEs还具有乳化剂的作用,一些不法分子在饮料中非法添加塑化剂使饮料变得更加粘稠具有良好的口感。但PAEs是一种环境激素类物质,长期接触此类物质不仅对身体有害,而且PAEs不容易从体内排出从而在人体内富集,有研究表明,PAEs类物质还可以通过母体传递给胎儿,对后代的健康产生影响。

针对PAEs的毒理学危害,欧美国家进行了大量的试验。Pogribny I P等[3]研究发现,给对雄性大鼠喂食DEHP会引起大鼠体内过氧化物酶体的增生,新陈代谢改变等,诱导肿瘤形成和肝细胞发生癌变。最后,PAEs还会影响体内激素水平,致使体内内分泌失调,男性质量降低的不良后果。陈曦[4]等发现女性在孕期内暴露于PAEs环境中会导致胎儿早产及后育缓慢。Duty等[5]研究表明,男性尿液中MEP能加速的DNA损伤。一些科研机构对人体进行检测,在多个样品中均有邻苯二甲酸酯检出,并证明了男性浓度、活动度与邻苯二甲酸酯的含量与下降有关[6]。

3PAEs的限量规定

中国、欧盟和美国不仅规定允许食品接触材料中可添加PAEs的种类,还明确规定可添加PAEs的迁移限量,美国不允许在食品接触材料中添加DIBP、DBP和DEHP,我国允许添加,但是对于DIBP、DEHP的添加有明确的迁移限量规定,分别为03mg/kg和15mg/kg,欧盟不允许在食品接触材料中添加DIBP,允许使用DBP,但只允许使用在非油脂食品接触材料中,我国还明确规定不可用于接触婴幼儿食品用材料中,欧盟使用限量比我国低200倍,迁移限量均为03mg/Kg;欧盟允许在接触材料中使用DEHP,并且和我国规定的限量是相同的,均为15mg/Kg。

只有了解PAEs的暴露情况,才能避免过多的接触PAEs,防止其进入体内,影响人们的身体健康;只有了解PAEs的降解行为,才能从根本上控制PAEs污染物进入食物链。人们在了解PAEs给日常生活带来便利的同时,还能避免使用这类物质对人体健康的影响,这才正是科学研究的目的。

4国内外PAEs的检测及研究进展

国外从上世纪70年代初就有关于邻苯二甲酸酯的研究,研究范围很广,包括环境中PAEs的毒性研究、代谢产物分析及降解方法。根据文献中的报道,对于食品中PAEs的研究大多数研究都停留在分析方法和其迁移规律上,然而对于PAEs的生态循环过程和在食物链中的转化规律的研究是很稀少的。

我国对PAEs的研究要晚于国外,主要由于在当时塑料并未像现在这样广泛应用,塑料加工技术也并不成熟,因此未见PAEs的相关报导。直到二十世纪八十年代才陆续出现有关PAEs污染的报道,但由于关注力度不够,相关报导也不多。研究主要集中在环境及人类日常接触的食品、物品中PAEs含量的检测上,建立了一系列关于大气、土壤、食品、化妆品等实际样品中PAEs的分析方法。随着科学技术的日益发展,分析检测方法也日趋成熟。PAEs的测定方法主要有液相色谱法(LC)[7]、毛细柱气相色谱法(GC)[8]、以及与色谱连用的质谱等。目前我国国家标准GB/T219112008[9]和GB/T219282008[10]均采用气相色谱质谱联用法。

参考文献:

[1]吴惠勤,朱志鑫,黄晓兰,等不同类别食品中21种邻苯二甲酸酯的气相色谱-质谱测定及其分布情况研究[J]分析测试学报,2011,30(10):1079-1087

[2]Zeng F,Cui K,Xie Z,et alPhthalate esters(PAEs):emerging organic contaminants in agricultural soils in peri-urban areas around Guangzhou,China[J]Environmental Pollution,2008,156(2):425-434

[3]Pogribny I P,Tryndyak V P,Boureiko A,et alMechanisms of peroxisome proliferator-induced DNA hypomethylation in rat liver[J]Mutation Research/Fundamental and Molecular Mechanisms of Mutagenesis,2008,644(1):17-23

[4]陈曦孕期邻苯二甲酸酯暴露及其对生殖健康影响的研究[D]天津医科大学,2012

[5]Duty S M,Singh N P,Silva M J,et alThe relationship between environmental exposures to phthalates and DNA damage in human sperm using the neutral comet assay[J]Environmental Health Perspectives,2003,111(9):1164-1170

[6]李明元,胡银川食品塑料包装中PAEs迁移危害研究现状[J]食品与生物技术学报,2010,29(1):14-17

[7]张春雨,等色谱,2011,29(12):12361239

[8]张明明,等食品科学,2012,33(2):185188

第6篇:可降解塑料研究范文

摘要:聚β-羟基丁酸(PHB)是许多原核微生物在碳、氮营养失衡的情况下作为能量和碳源储藏在生物体内的一类热塑性聚酯。作为完全可生物降解材料,PHB越来越引起人们的关注。有力文章主要阐述了国内外PHB合成方法、性能改良、降解等方面的进展,并对其发展前景作出展望。

关键词:PHB;生物降解材料;生物合成;改良;降解

随着石油化学工业的发展,化学合成塑料的使用越来越广泛,作为合成高分子材料,化学合成塑料在自然环境下难以分解,造成了严重的“白色污染”。过去对废旧塑料的处理办法主要是土埋和焚烧,土埋浪费大量的土地,焚烧则会产生大量的二氧化碳及其它对人有害的氮、硫、磷、卤素等化合物,助长了温室效应及酸雨的形成。面对日益严峻的资源和环境问题,走可持续发展道路,就要研究开发可自然降解的新材料。PHB是微生物合成型降解材料中的典型代表,具有良好的生物降解性,分解产物可全部为生物利用,目前研究较为深入并初步进入商品化阶段。

1PHB的性质

聚羟基丁酸酯PHB,作为一种天然高分子聚合物,具有生物相容性、生物可降解性、无刺激性、无免疫原性和组织相容性等特殊性能,在组织工程、药物缓释控释系统、骨科以及医用手术缝合线领域获得成功的应用。PHB有良好的生物降解性,其分解产物可全部为生物利用,对环境无任何污染;其熔融温度为175~180℃,是一种可完全分解的热塑性塑料。它的物理性质和分子结构与聚丙烯(PP)很类似,如摩尔质量、软化点、结晶度、拉伸强度等,目前主要应用于医疗、工业、包装、农业等领域。

2PHB的生物合成

PHB的生物合成途径有微生物发酵法,转基因植物法。

2.1微生物发酵

微生物发酵生产是获得生物可降解塑料的主要途径,近30年大量的研究工作集中于发酵工艺的改进和高效菌株的筛选来提高PHA的容积产率和胞内含量。最近利用污水处理系统中的活性污泥合成PHB,大大降低了底物成本且无需灭菌操作,大大降低了成本,吸引了广泛的关注。

2.1.1细菌发酵合成PHB工艺改良

到目前为止,已发现100种以上的细菌能够生产PHB。通常,在自然环境中微生物能储备干燥菌体质量5%~20%的PHB。在合适的条件,如碳源过量、限制氮、磷等发酵条件下,PHB含量可以达到细胞干重的70%~80%自然界中许多属、种的细菌在细胞内都能积累PHB颗粒,如产碱杆菌、甲基营养菌及鞘细菌等。于平、励建荣等在相关研究文献[1]中指出真养产碱杆菌发酵生产聚β-羟基丁酸(PHB)的最优化培养基组成和培养条件为:葡萄糖4.0%,硫酸铵0.3%,pH7.2,装液量80mL/250mL,接种量10%,PHB的质量浓度达到最高值0.825g/L,细胞干重为1.734g/L。鞘细菌对环境的适应能力较强,且有研究表明,其细胞内的PHB贮存比例较高。全桂静和程文辉[2]通过实验表明:以甘油和蛋白胨为碳源和氮源,适宜条件下100mL发酵液的PHB产量最高可达10.58mg。

2.1.2筛选高效菌种

国内外对于高效菌种的选育主要有构建基因工程菌法和紫外线诱变法。1987年,吉利亚James Madison大学的Dennis成功地从A.eutrophus中克隆到合成PHB的基因,并转入E.coil中构建成重组E.coil突变株,其细胞比正常细菌细胞大10倍,该菌株可以直接利用各种碳源,如葡萄糖、蔗糖、乳糖、木糖等廉价底物,进一步降低了成本。奥地利维也纳大学在组建工程大肠杆菌的同时引入热敏噬菌体溶解基因,可使细菌易裂解释放PHB,这一成果的最大特点是可降低提取成本,为推向市场打下基础。在国内也有一些紫外诱变法筛选优良菌株的研究,使原始菌株PHB产量得到很大的提高,如国家重点基础研究发展计划项目中徐爱玲、张帅等采用紫外线照射和放射性元素钴60辐射诱变方法,对Acidiphilium cryptum DX1-1进行了诱变改良,诱变后筛选得到的一株菌UV60-3,PHB含量达到28.56g/L,是原菌株的1.45倍,并且可稳定遗传。对菌株UV60-3积累PHB的碳氮比进行了探索,结果显示在碳源浓度60g/L,氮源浓度30 g/L,C/N为3.76时PHB含量最高,PHB含量达到30.57g/L。[3]

2.1.3活性污泥合成PHB

利用活性污泥的混合碳源与微生物群合成PHB 是生物合成PHB 的一条新途径,既处理了污水,又降低了合成费用,而且得到的产物其性能比单一菌株在纯碳源培养得到的PHB要优越。在污水处理过程中,活性污泥微生物常常将可快速降解的碳源物质贮存为PHA,而不是首先将它们用于生物量的增长,因此,可以通过适当的工艺调控将活性污泥驯化为PHA的生产者。日本东京大学的Satoh.H. 研究小组发现采用“微嗜气2好气”供气过程可以提高PHB在污泥中的产量,[4、5]表明了工艺过程、营养组成及条件控制影响PHAs的产率。中国科学院生态环境研究中心曲波、刘俊新在活性污泥合成可生物降解塑料PHB的工艺优化研究中结果中表明——溶解氧(DO)浓度、pH值和底物-生物量比(food-microorganism ratio,F/M)是对PHB生产影响的关键参数底物的吸收速率、PHB产率和胞内含量均随溶解氧浓度的提高而提高,本研究最优操作条件下获得的PHB 含量已经接近纯培养方法所获得的典型的PHB 含量,展现了活性污泥合成PHB 的应用前景。[6]

2.2转基因植物法

由于PHB的高成本生产和生物技术的进步,人们开始将注意力转移到用转基因植物来生产PHB,1992年,Poirier首先探讨了用植物生产PHB的可行性,在拟南芥细胞质中定向合成PHB但是拟南芥的生长却受到抑制,把细菌PHB生物合成的途径定位于质体中,PHB占叶子干重的40%,但发现了植物生长和PHB含量有负关系。John等对用转基因棉花合成PHB做了尝试。转基因棉花纤维的长度,强度都正常,但其绝缘性能却提高了。热性能改变很小,可能是因为只有很少量的PHB在纤维细胞的细胞质中(占纤维重的0.34%)[7]王潮岗、胡章立以莱茵衣藻(Chlamydomonas reinhardtii)作为受体材料,将合成的相关酶基因phbB和phbC导入衣藻中,实现了PHB在胞质中的合成,但含量较少。

3PHB性能的改良

PHB是一种全同立构结晶性的聚酯,结晶度高达80%,常温及玻璃化温度(4℃)下表现为脆性,耐冲击性能较差;加工成型只能在190℃附近的一个狭窄的温度区间内进行,且熔融状态极不稳定,易发生降解。这些缺点使其无法作为一种实用的塑料使用,同时也限制了在降解材料方面的应用。PHB改性主要体现在增韧和增塑改性,PHB增韧主要通过弹力体、聚乙二醇(PEO)、淀粉等与之共混改性,文献报道的有效增塑剂有低相对分子质量PEO、柠檬酸三丁(三乙)酯、三乙酸(丁酸)甘油酯、ESO等从改良途径讲主要有物理共混、化学改性、生物改性。

4PHB的降解

PHB的生物降解归因于许多细菌和真菌能够分泌胞外PHB解聚酶PHB在解聚酶的作用下得到3-羟基丁酸,经过三羟基丁酸脱氢酶、乙酰乙酰辅酶和β-酮硫解酶作用下依次得到三羟基丁酸、乙酰乙酰辅酶A、乙酰辅酶A最后进入TCA循环。

国外从60年代陆续开展了有关降解PHB的工作,但绝大部分菌株是近些年来获得的。1963年Chowdhury首次发现降解PHB的微生物,它们是Bacillus,Seudomonas和Streptomyces,随后人们陆续动环境中分离出其他一些能降解PHB的微生物类型。直接用从自然界中筛选的菌种产生的PHB降解酶的活性比较低,降解PHB的速度比较缓慢。近几年有许多学者通过紫外线诱变获得了高产PHB的菌株。次素琴、陈珊等以降解聚2β羟基丁酸酯(PHB)的青霉(Penicillium sp1)DS9713a为出发菌株,通过紫外线(UV)诱变分生孢子,采用透明圈初筛和摇瓶复筛,获得酶活高于原始菌株的突变株5株,其中DS9713a-CS01突变株的PHB解聚酶活力高于对照97.42%。[8]中国科学院研究所戴美学等根据苜蓿根瘤菌(Sinorhizobium meliloti)Rm1021基因组中与Ralstonia eutropha phaZ基因同源部分序列设计1对引物,从S.meliloti基因组中用PCR扩增出835bp phbD基因片段并克隆到载体PGEMR-T Easy上;通过在phbD 基因内插入ΩSmSp和基因置换构建了phbD突变体。该突变体可积累比野生型菌株多1.0~2.6倍的聚羟丁酶。[9]

5展 望

PHB作为最具代表性的一类生物塑料,具有良好的生物相容性和生物降解性。但是由于其生产菌的产量不高,生产菌在生长过程中所消耗的原料价格较高,天然产物的机械性能差,很多降解菌不能降解胞外的PHB等缺点影响了其使用,近年来,有大量的学者对此进行研究并取得了很大的进展。在能源与经济、环保相协调的今天,随着科技的进步,人们环保意识的增强,PHB将就有广阔的前景。

参考文献

1 于 平、励建荣.真养产碱杆菌发酵生产PHB的培养条件优化[J].中国食品学报,2007.1:61~63

2 全桂静、程文辉.鞘细菌液体发酵生产PHB的研究[J].沈阳化工学院学报,2008.22(4):312~315

3 徐爱玲、张 帅等.积累PHB菌种隐藏嗜酸菌DX1-1的诱变改良[J].微生物学通报,2008.35(10):1516~1521

4 Satoh H, Iwamoto Y, Matsuo T.PHA production by acti2vated sludge[J].International Journal of Biological Macro2molecules, 1999. 25(1~3): 1052109

5 Satoh H, Iwamoto Y, Matsuo T.Activated sludge as a pos2 sible source of biodegradable plastic [J].Wat. Sci. Tech, 1998. 38(2): 1032109

6 曲 波、刘俊新.活性污泥合成可生物降解塑料PHB的工艺优化研究[J].科学通报,2008.53.13:1598~1604

7 王述彬、刑侦琦等.用基因植物生产生物可降解塑料的研究进展[J].研究与进展,2005.5:33~35

第7篇:可降解塑料研究范文

关键词:白色污染 危害 防治 建议

众所周知随着社会经济的飞速发展,白色污染在一步步的向我们逼近。白色污染主要来源于塑料包装袋和一次性塑料餐盒。由于塑料制品的生产成本低、质轻、耐腐蚀、强度高、防水、便利、外形美观、色泽鲜艳、生产技术成熟等特点在全国广泛应用。但对其使用后回收难度大、利用价值低的塑料购物袋、垃圾袋等等,至今一直困扰着我们。[1]

一、何谓白色污染及其产生原因

白色污染是指一次性塑料制品(包括塑料餐盒、包装材料、农用地膜等)在其使用后,由于缺少回收利用的价值,其中绝大部分被丢弃在环境中,不仅破坏了景观,而且对自然环境也造成了危害。由于这种废弃的一次性塑料制品通常为白色,因此被形象的称为白色污染。

由于这些塑料垃圾没有得到妥善的管理和处置,垃圾没有实行分类收集,能回收的不回收利用。垃圾最终的处置方式基本上停在堆放或浅埋的水平,一些城镇将江、河、湖岸作为天然垃圾场,许多地方没有建立起与生产经营相配套的垃圾收集系统,垃圾放任自流、管理薄弱,人们对环境保护的意识比较淡薄,造成滥用和随意乱倒现象普遍发生。

二、白色污染的危害

1.白色污染危害人类健康

塑料袋的主要成分是聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等。目前市场上流行的塑料袋绝大多数是小型企业或家庭作坊生产的,有大部分是再生塑料制品,是利用工业废弃物和医疗机构丢弃的塑垃圾及垃圾站收集的废旧塑料加工的。尤其是彩色再生性塑料袋,使用的着色剂通常含有苯并吡,是一种很强的致癌物质,与食品接触后,可能会转移到食品中对人体造成慢性中毒。[2]

2.白色污染对环境的影响

(一)视觉污染

走在大街上、街心花园以及著名风景区等经常会发现被随意丢弃的塑料制品,不但影响了城市风景的美观,而且严重污染了环境。

(二)影响农作物的生长和收成

废塑料特别是塑料膜、塑料袋、一次性餐盒、饮料瓶等,这些体积大、重量轻、不易腐烂、不易分解的塑料混入土壤中后,会影响地下水的下渗、植物对养分的吸收,因其不透气而破坏土壤质量,影响植物的生长,从而使农作物减产。

(三)危及动物和水生生物的安全

动物误食后易引起肠梗阻而死,若遗弃在江河、湖海,可导致水生生物的死忙。[3]

(四)潜在危机

有些白色垃圾不易回收,回收利用的成本高、效率低;难以降解,现阶段主要处理方法有焚烧和填埋,若将其焚烧,则会产生大量的有毒烟雾,污染大气。填埋处理不能随处进行,否则将对土壤污染,且大规模集中填埋是一项大工程,耗资较大;高温则分解出毒害物质,塑料制品本无毒,但在温度达到65℃以上时,就会分解出毒害物质,污染环境,特别是食品污染最为突出。

三、白色污染的防治

对于白色污染的防治主要从行政和技术两方面进行:

(一)行政方面

1.加强管理

在街道两旁设一些垃圾箱,尤其是人流比较密集的街道。并请相关部门加以监督。在超市购物后使用的方便袋不再免费,而是收取一定的费用,这样就大大的减少了塑料袋的使用。

2.禁止使用一次性难降解的塑料包装物

我国部分城市颁布了相关法规、政策,禁止使用销售和使用不可降解或难降解的塑料包装袋和一次性泡沫塑料餐具。通过采取这一措施,虽然在一定范围,一定程度上减少了“白色污染”危害,但从实践结果来看并不是十分理想。禁止使用此类包装物,就必然要有其替代品的产生,但是替代品在价格与品质上均无法与塑料制品竞争。因此,在市场经济条件下,仅靠行政命令,不考虑经济杠杆的调节作用,操作起来是很困难的。

3.强制回收利用

对于一些清洁的废旧塑料包装物可以循环使用,或重新用于造粒、炼油、制漆、作建筑材料等。回收利用符合固体废物处理的“减量化、资源化、无害化”的通用原则。回收利用不仅可以避免“视觉污染”,而且可以解决“潜在危害”,缓解资源压力,减轻城市生活垃圾处置负荷,节约土地,并可取得一定的经济效益。这是一个标本兼治的好办法。

(二)技术方面

1.以纸代塑

以纸代塑是指用纸制品代替塑料制品。一般纸制品分为两种,一种是纸浆膜塑制品,主要是以芦苇、蔗渣等草木植物浆为原料。另一类是纸板制品,主要原料是木材,每生产1吨纸板就需用七百吨水。用以上材料制成的纸制品,废弃后很容易被土壤中的微生物解,因此减少了对环境的污染同时也解决了白色污染的潜在危害。但同时也带来了新的环境问题。造纸需要消耗大量的木材,造纸过程中也会产生大量的污水。[4]

2.开发可降解塑料

并不是所有塑料包装物都是能回收利用的。例如,购物袋、垃圾袋和地膜等,回收难度大、利用价值不高应积极研制开发可降解塑料。可降解塑料是指在生产过程中加入一定量的添加剂(如淀粉、光敏剂、生物降解剂等),稳定性下降,使用后的塑料包装废弃物能在短期内,经光或生物降解作用,裂解为分子量较小的烯烃物质,粉碎成小碎片,达到缓解环境污染的目的。

四、建议

1.加强宣传教育,提高全民的环保意识。

2.加强对城市、风景旅游区、交通干线、水域等地方的“白色污染”的管理工作。

3.加大科技投入,研制降解期短价格低廉的可降解塑料。[5]

4.制定适当的经济政策,建立在市场经济条件下消除“白色污染”的良性运作机制。

5.建立全国性的专门法规,约束公民和餐饮、交通等行业的工作人员的行为。

参考文献:

[1]马艳茹,白色污染与塑料包装物,2000.3

[2]刘春乐,让“白色污染”远离我们的生活,保定日报,2006年5月8日第B02版

[3]付宜飞,张铁帅,白色污染的现状与现状分析,环境科学与管理,2006,31(3):2-5

第8篇:可降解塑料研究范文

    在现代包装设计中我们接触到最多的,更新最快的莫过于食品的包装。在我国食品工业发展迅猛的今天,人们的生活理念和消费模式正在发生重大变化,包装在人们生活中也越来越重要,对食品包装也提出了新的要求,本世纪食品市场的竞争在很大程度上取决于包装质量的竞争。科学技术突飞猛进,食品包装日新月异,而食品包装理念也显现出新特色,食品包装要以多样化满足现代人不同层次的消费需求;无菌、方便、智能、个性化是食品包装发展的新时尚;拓展食品包装的功能、减轻包装废弃物对环境污染的绿色包装已成为新世纪食品包装的发展趋势。 

    在本次实习中我接触到了一些绿色包装,绿色包装也是现在国家大力提倡的一种包装,这种包装现在在食品行业被广泛运用。这类包装是指对生态环境无污染、对人体健康无害、能循环和再生利用的包装。在人们对生态环境极为关注的今天,食品的绿色环保包装也成为一种必需。据专家预测,未来10年内绿色食品将主导世界市场,而绿色包装则是绿色食品在消费者中间的通行证,它对子塑造绿色食品品牌有着重要的意义。从协调社会发展和生态环境保护出发,世界各国都把减量、复用回收及可降解作为生态环保包装的目标和手段。 

    在清华大学和中科院微生物研究所共同努力下,已圆满完成了用废糖蜜为原料生产可生物降解塑料聚羟基丁酸酯(PHB);用基因工程菌生产可生物降解塑料PHB;用水解淀粉为原料生产可生物降解塑料PHB及其共聚物PHBV以及可生物降解塑料PHB的改性和应用等研究成果。并在此基础上实现了国际上首次规模化生产第三代PHA羟基丁酸共聚羟基已酸酯(PHBHHx),由微生物合成的生物可降解材料聚烃基脂肪酸PHA,具有优良的生物可降解性、相容性、电压性以及光活性,其结构的多样性,加上由结构变化所带来的新材料性能,使这种材料在食品包装方向应用前景十分广阔。 

    德国PSP公司近期开发出泡沫纸生产新工艺,用它生产的包装材料可代替泡沫材料。该种泡沫采用旧报纸和面粉作材料,先将回收的旧书报切成碎条,再碾成纤维状的纸浆,将其和面粉以2比l的比例混合,混合后的纸浆注入挤压压成圆柱颗粒。挤压过程中,原料受水蒸汽作用成为泡沫纸。用该种泡沫纸作原料,可以根据不同的需要生产出多种形状的塑料包装。泡沫纸可一次成型,不用化学添加剂,使用后还能回收加工。 

    运用现代超级粉体技术,将原材料粉碎成10~25ium之间的颗粒称为超微粉,近年来研究发现,利用超微粉技术制备淀粉基生物降解塑料具有明显的优越性。超微淀粉粒度小,均匀,具有极大的比表面积,蓄含巨大的表面能,使其流动性和填充性得到显着提高,用于制备生物降解塑料时可有效地改善材料的力学性能,能够在保证材料使用性能的前提下,大大提高淀粉的添加量,这对于降低成本,节约石油资源,开发天然淀粉的应用,提高塑料生物降解率都有非常重要的意义。 

    美国农业研究局南部地区中心利用大豆蛋白质、添加酶和其它处理剂制成大豆蛋白质包装膜,用于食品包装,能保持良好的水份、阻止氧气进入,与食品一起蒸煮,既易于降解减少环境污染,又可避免食物的二次污染。 

第9篇:可降解塑料研究范文

关键词:废旧橡胶;胶粉;冷冻粉碎;回收利用;应用

1 引言

2003年我国橡胶消耗量为364万吨,成为世界第一大橡胶消费国。我国每年的废轮胎有过亿条,再加上胶管胶鞋及其它橡胶制品,总量400万吨。由于废橡胶属于热固性的聚合物材料,在自然条件下很难发生降解,弃于地表或埋于土里的废橡胶十几年都不变质、不腐烂;橡胶作为一种污染物对环境对社会都造成很大的影响。因此,处理好废橡胶对充分利用再生资源、摆脱自然资源匮乏、减少环境污染、改善人们的生存环境具有重要意义。

2 废旧橡胶的处理方法

目前对废旧橡胶的处理方法主要有以下几种:

(1)将废旧橡胶热解为基本的化学物质;(2)将废旧橡胶加工成再生胶;(3)粉碎法制硫化胶粉。

第一种方法污染严重,在很多国家已经被禁止。第二三种法有一定的可行性,是完全不同的两种工艺。它们都来源于废橡胶, 用途也相同, 但它们之间存在四方面的差异: 再生胶的生产过程长, 经过粉碎、拌油、脱硫、精炼、压片等工序, 其中脱硫在高温下进行, 为橡胶分子的断链过程,会排放含分解物质的污水及包括含硫化氢在内的废气,对周围环境造成危害。国内再生胶生产企业多数规模小,技术水平低,在现行的市场体制下,废旧轮胎加工利用成本高,企业无力治理环境污染,二次污染比较严重。

3 几种低温粉碎的方法

低温粉碎是利用某些材料在低温条件下的冷脆特性进行粉碎,可以得到较细的颗粒,在低温条件下粉碎物料,可以保持物料的品性,价值提高。在国外低温粉碎已经实现了工业化,利用液氮或天然气的冷量,粉碎废旧轮胎,得到精细冷冻胶粉。用制冷剂将需要粉碎的物料快速冷冻到冷脆温度以下,随后将冷冻物料送入粉碎装置中进行粉碎。

利用低温粉碎可以粉碎常温下难以粉碎的物料,如橡胶,热塑性塑料。粉碎热敏性物料,防止粉碎时变质。粉碎后的制品的成型好,堆比重大,流动性好。随着温度的降低,橡胶塑料等物质的抗拉强度,硬度,压缩强度会增高,而其冲击任性,延伸率降低,材料从常温降到低温,由“软”变“硬”表现出“温脆性”。用低温粉碎法制备的胶粉粒子,粒径较小,表面光滑,边角呈钝角状态,热氧化程度低,性能好。采用低温粉碎技术,回收轮胎等废旧橡胶生产细胶粉是今后废旧橡胶利用的一个重要的发展方向。在制冷剂上选择空气替代液氮是符合我国国情的。

冷冻粉碎法以块状、粒状生胶、废旧橡胶制品、废旧轮胎等固态胶为原料,通过冷却介质将其冷却到玻璃化温度以下,进行机械粉碎。低温粉碎法有胶粉粒径小,表面光滑,受热氧化程度低的特点,但生产成本高,主要用于高性能制品中,如子午线轮胎胎面胶、高性能塑料、涂料、黏合剂和军工产品等。 

橡胶有两种聚集态,即结晶态和非结晶态(也叫无定型态)。橡胶的结晶态多发生在低温或处于拉伸状态下。在通常情况下,橡胶都处于非结晶态。通过制冷介质将橡胶冷冻到玻璃化温度以下时,橡胶分子链会处于冻结状态,橡胶失去弹性,变得同普通玻璃一样脆。在玻璃化温度以下粉碎橡胶就像常温下粉碎玻璃、石子一样方便,而且可以把橡胶粉碎得很细。为防止冷冻粉碎所得的橡胶粉末恢复到常温时发生相互粘连,粉碎后的橡胶粉末中应添加一定量的隔离剂,或对粉末粒子进行表面涂敷。

(1)液氮冷冻粉碎法——以液氮为冷却剂,低温粉碎橡胶的方法有二步液氮喷淋法、深冷法和常温低温组合法等。美国人率先发明了液氮冷冻法,在-60℃~-75℃的低温条件下,废旧轮胎里的橡胶会脆化,比较容易粉碎。吴为民、苏航等正在研究一种新的低温电爆粉碎法,该法将轮胎低温冻脆,并在液氮中产生高压强流脉冲放电,引起的液电爆炸效应把轮胎粉碎。此法使效率大为提高,且因粉碎全在液氮中进行,对环境没有污染;目前国外采用液氮喷淋冷冻法粉碎胶粉,生产1kg的胶粉需要1.5kg液氮,而国内液氮的售价为3元/kg, 生产1t胶粉需消耗4500元的液氮,就此项的成本就超过了国内精细胶粉的售价,而且由于液氮冷冻法设备昂贵,在国内不能得到很好的推广应用,一般不采用。

(2)空气涡轮膨胀机制冷粉碎法―—近年来,我国开发了空气涡轮膨胀机制冷法制备粉末橡胶的技术,推动了粉末橡胶工业的发展。该法利用空气膨胀制冷冷冻橡胶,之后采用球磨或气流磨进行粉磨。此法比液氮冷冻法成本低,实施性强,发展前景广阔。南京飞利宁深冷公司利用空气制冷低温粉碎法研制成功年产万吨胶粉的生产装置。王屏、刘思永曾用空气涡轮制冷低温粉碎法制备过精细胶粉。首先将废旧橡胶在常温下粗碎成1mm~3mm的胶粒,然后送入冷冻室速冻,最后经低温粉碎机细碎成60目以上的胶粉。制得的胶粉粒度越细对胶料性能的负面影响越小,且对拉伸疲劳强度、弯曲疲劳强度、抗裂口增长能力方面有大幅度的增强。由王屏、刘思永等人的研究可见,胶粉掺入胶料中应用时,废胶粉的粒度越细越好。目前资料表明,冷冻法制得的胶粉粒径小(75-300mm),但能否进一步细化以及极细的胶粉能否在掺用时对胶料有更好的改性或能否代替原料使用,还有待进一步研究。

4 胶粉的应用 

4.1 铺装材料工业

沥青已经广泛应用于公路建筑领域,但是沥青本身存在一些问题,如在高温时会变软,在低温时变硬变脆,耐老化,耐疲劳性能也不是很好,如果对其进行改性,性能会大大提高,采用聚合物对其进行改性是国内外研究的主要内容,过去通常用sbs, pe,sbr等聚合物对沥青进行改性,存在价格高的缺点。当今发达国家在公路的铺设材料中采用硫化胶粉改性的沥青已得到迅速发展。由于胶粉是一种高弹性材料,废旧橡胶颗粒中含有抗氧化剂,因此大量文献表明,将胶粉与其它铺装材料混合一起用于高速公路、飞机场、运动场等路面铺装,具有耐磨、防冻、防滑、稳定性好以及维修费用低等优点,能明显改善路面铺装质量并延长其使用寿命。

4.2 橡塑共混材料

胶粉与塑料共混具有实际意义,其在塑料中可以以任意组分掺用。若以胶粉为基材则称为胶粉增韧塑料,若以塑料为基材则称为胶粉对塑料增强。胶粉与塑料并用早在20世纪80年代国外就开始这方面的研究。常用的基体塑料包括pvc,聚乙烯,聚丙烯和尼龙等。利用废旧胶粉与聚乙烯,聚丙烯或聚苯乙烯之类的热塑性塑料树脂共混,可以分别制得模型制品,注压制品或挤出制品,不仅可以节约上述的树脂材料,还能利用废旧橡胶,使其能废物利用。对塑料用胶粉进行改性可以使塑料增韧。橡胶和塑料很好的结合,得到一种廉价的和热塑性弹性体相近的新材料。

废旧胶粉和塑料基质中产生相界面层所需要的活性点,所产生的自由基和热塑性基质发生反应。超细sbr胶粉是pp的良好成核剂,在一定温度下可以诱导pp结晶,还能提高pp的冲击韧性。陶国良,牛建岭等研究发现利用硫化胶粉可以明显改善pp的冲击性能,胶粉粒径越小,效果越明显。李岩,张勇等研究发现胶粉的加入使得高密度聚乙烯基体的力学性能极大降低,拉伸强度和断裂伸长率随着胶粉用量的增加而逐渐下降。郑天明等研究发现胶粉的粒径在80~100目,胶粉含量在5~10份胶粉pvc共混材料明显提高pvc基体的抗冲击性能。

胶粉与热塑性树脂在高温下混合,可生产出各种用途的片材,这类片材具有优良的性能与价格比,可用作汽车内垫片、屋顶防水片材、汽车消声道辅垫、油田管道保护、减震和隔音材料等。隔音壁是为降低噪音,在住宅区沿公路、机场、建筑工地等噪音发生地所设置的隔音装置。利用胶粉制造的复合隔音壁,具有良好的噪音反射性和吸音性,而且对风化和应力具有较高的抵抗性。其单位面积重量轻,运输、组装、解体容易。胶粉经改性处理可用于塑料的增韧。增韧后塑料可制成各种用途的粒料,供生产厂模压层压、注塑和挤出成型各种制品。美国将改性胶粉与热固性塑料混合,加工成刹车片,这种刹车片重量轻、成本低、使用效果好。张殿荣、张北庆等研究发现,胶粉与热塑性塑料通过反应增容共混制备热塑性弹性体,这是胶粉合理利用的有效方法。董智贤等研究了精细胶粉应用于废旧苯乙烯类塑料中,改性精细胶粉对材料的拉伸强度,冲击强度等力学性能用影响。

4.3 改性混凝土

橡胶粉以一定的掺量加入到混凝土中,能填充其中的孔隙,改善水泥和骨料的界面状态,约束裂缝的产生和扩展,可以吸收震动能,从而明显改善混凝土的抗冲击性能。关于橡胶粉在混凝土中的研究,国际上始于20世纪90年代初美国人shuaid ahmad教授将废旧轮胎磨碎制成胶粉,然后与混凝土混合,制成橡胶混凝土。方芳等发现将胶粉掺入混凝土中作为建筑物的地基和地铁地基,可起到防震和降低噪音的作用。

5 展望

废旧橡胶的回收利用有很高的环保利益,一方面使废旧橡胶得到了合理利用保护了环境,使环境污染问题得到了解决;另一方面胶粉广泛应用于各种材料中,前途光明,在实际应用中有很高的经济价值。

在处理废旧橡胶的方法中,制备胶粉有很大的研究意义,它能变废为宝,让废旧橡胶重新具有使用价值。我国空气涡轮制冷粉碎法的成功为我国胶粉生产的发展创造了条件。采用常温和低温相结合的方法生产胶粉将是以后发展的趋势。若能大量生产极细胶粉,极细胶粉在应用上是否优于其它粒度的胶粉还需要大量实验来研究。

在胶粉的应用方面,目前主要用于混凝土改性和铺路材料中,用于改性沥青价格便宜,还能处理掉很多废旧轮胎,有很高的经济和社会效益。在塑料改性中的应用在国内还在起步阶段,有很大的发展空间,会成为以后研究的新方向。

参考文献

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[2]刘长柏.废橡胶利用现状和加工技术[j].现代化工.1994,2(2):17-19.

[3]孙玉海,盖国胜,张培新.我国废橡胶资源化利用的现状和发展趋势[j].橡胶工业.2003,50(12):760-763.

[4]闫家宾.废旧轮胎的利用和再生胶的生产与应用[j].世界橡胶工业.1999,26(1):44-48.