光解聚合物

光解聚合物是指在太陽(yáng)光(主要是紫外線，波長(zhǎng)200-400nm)的照射下，引起光化學(xué)反應(yīng)而使大分子鏈斷裂和分解的塑料。其研發(fā)工作始于20世紀(jì)70年代，可簡(jiǎn)單地分為合成型和添加型兩類(lèi)。

合成型光解聚合物是通過(guò)共聚反應(yīng)在塑料的高分子主鏈上引入羰基等感光基團(tuán)而賦予其光降解特性的，并可以通過(guò)調(diào)節(jié)光敏基團(tuán)的含量來(lái)控制光降解活性。已知的有乙烯-一氧化碳共聚物、乙烯酮-乙烯共聚物等。以一氧化碳或乙烯酮類(lèi)為光敏單體與烯烴類(lèi)單體共聚，可合成含羰基結(jié)構(gòu)的聚乙烯( PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)等光降解聚合物。一般來(lái)講，通過(guò)調(diào)節(jié)PE分子鏈上引入羰基的含量來(lái)控制乙烯/一氧化碳(E/CO)共聚物的使用壽命。室外暴露試驗(yàn)表明，在PE中引入0.5%的羰基時(shí)，E/CO共聚物在2-3個(gè)月內(nèi)被降解；引入2%-3%時(shí)，E/CO共聚物在一個(gè)月內(nèi)被降解。

添加型光解聚合物是在聚乙烯、聚苯乙烯等通用塑料中添加光敏性添加劑，然后制成光降解塑料制品。在紫外線作用下，光敏劑可解離成具有活性的自由基，進(jìn)而引發(fā)聚合物分子鏈斷裂使其降解。常用的光敏劑有過(guò)渡金屬絡(luò)合物、多環(huán)芳香族碳?xì)浠衔锏?，用?% -3%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。過(guò)渡金屬絡(luò)合物包括氧化物、金屬鹽、有機(jī)金屬化合物、硬脂酸鹽等，如乙酰丙酮化合物、二硫代氨基甲酸化合物、二茂鐵化物等，光敏化強(qiáng)度取決于過(guò)渡金屬種類(lèi)，一般強(qiáng)度順序?yàn)镃o>Be>Zn>Ni，乙酰丙酮化鈷光敏化作用很強(qiáng)。其降解塑料不經(jīng)暴曬也能快速脆化。多環(huán)芳香族碳?xì)浠衔锶巛祯?、菲等具有敏化聚烯烴塑料的光降解能力，當(dāng)含有這些化合物的塑料在陽(yáng)光中暴曬時(shí)，化合物中被激發(fā)的三線態(tài)氧能夠把過(guò)剩氧傳遞給基態(tài)氧，使其成為高活性單線態(tài)氧，或者把能量傳遞給塑料分子中的羰基或不飽和基團(tuán)，使得這些基團(tuán)發(fā)生光氧化作用而被降解。

光解聚合物主要用在包裝材料和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面。作為包裝材料（特別是一次性使用的食品包裝袋、飲料瓶等）使用的塑料制品大多使用光降解塑料，如Ecolyte系列樹(shù)脂、Plastigone樹(shù)脂等制成的包裝用品，這些包裝用品用過(guò)后可在自然環(huán)境中被光降解，故其廢物不會(huì)造成環(huán)境污染。

光解聚合物制成的農(nóng)用地膜與非降解塑料地膜作用一樣，具有保溫、保濕，減少土壤中養(yǎng)分流失和控制光照時(shí)間，防止雜草生長(zhǎng)和蟲(chóng)害發(fā)生，保持土壤的疏松性等作用。使用光解聚合物地膜還會(huì)防止由于使用非降解塑料地膜而對(duì)環(huán)境和土壤造成的不良影響，如含羰基結(jié)構(gòu)的PE和PVC、Ecolyte樹(shù)脂、Plastigone樹(shù)脂等制成的光降解塑料地膜，它們都將最終降解成二氧化碳和水，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。

光解聚合物的生產(chǎn)技術(shù)在20世紀(jì)80年代已經(jīng)成熟，合成的光降解聚合物主要是烯烴，主要是乙烯和一氧化碳的共聚物、或氯乙烯和一氧化碳共聚一類(lèi)產(chǎn)品。例如，美國(guó)和加拿大合作開(kāi)發(fā)的Ecolyte光降解高分子聚合物是丙烯、氯乙烯、苯乙烯和乙烯基酮的共聚物。不僅可以使塑料具有光降解性，并且可以調(diào)節(jié)乙烯基酮的含量來(lái)控制光降解的時(shí)間。光降解塑料的發(fā)展動(dòng)向，主要是兼顧穩(wěn)定性和可分解性，使產(chǎn)品具有最佳的綜合性能。美國(guó)DOW化學(xué)公司、杜邦公司和聯(lián)合碳化物公司等聯(lián)合規(guī)模化生產(chǎn)了乙烯-一氧化碳共聚物、乙烯-乙烯基酮共聚物等。加拿大Guillet用烯類(lèi)單體與乙烯基酮共聚，生成了一系列的光降解聚烯類(lèi)樹(shù)脂(含羧基的PE、PS、PP、PVC、PET和PA等)。美國(guó)生物降解塑料公司在PS樹(shù)脂中加入蒽醌生產(chǎn)出了名為BIO-Degradable Concentrate光降解塑料。日本積水化學(xué)公司在PS樹(shù)脂中加入二苯甲酮光敏劑而得到名為Eslen的光降解塑料。我國(guó)福州塑料研究所、福建師范大學(xué)、中科院上海有機(jī)化學(xué)研究所、長(zhǎng)春光機(jī)所等對(duì)光降解塑料也有廣泛研究，并有批量生產(chǎn)。但光降解型塑料只適用于日照時(shí)間長(zhǎng)、光照充足的地區(qū)使用，應(yīng)用范圍狹窄；另一方面，光降解塑料的主要成分是難以完全降解的聚烯烴類(lèi)樹(shù)脂，且一些光敏劑為重金屬物質(zhì)，很難達(dá)到環(huán)保要求。因此，從20世紀(jì)90年代開(kāi)始，純光降解塑料的產(chǎn)量逐年下降。

光降解是指塑料聚合物在吸收紫外線等輻射能后，形成電子激發(fā)態(tài)而產(chǎn)生光化學(xué)過(guò)程使聚合物破壞，若在大氣環(huán)境中，聚合物往往還要同時(shí)受到氧的影響，同時(shí)發(fā)生光氧化反應(yīng)。光解聚合物的整個(gè)光降解過(guò)程可分為三個(gè)階段。

①誘導(dǎo)期。光解聚合物的性能和普通塑料一樣，抗張強(qiáng)度、韌性、沖擊強(qiáng)度等均保持穩(wěn)定，誘導(dǎo)期的長(zhǎng)短與所使用的抗氧化劑和穩(wěn)定劑等助劑量大小、材料厚度、地區(qū)氣候等有關(guān)。

②光降解期。在這個(gè)階段，聚合物塑料迅速發(fā)生光催化、氧化反應(yīng)，不斷地脆化、碎化。在光解聚合物脆化時(shí)，用紅外光譜儀可測(cè)到相當(dāng)高濃度的羰基混合物，如羧酸和酯等，而且隨著光照時(shí)間的延長(zhǎng)，羰基的濃度增加很快。

③徹底礦化期。在助氧劑存在下，由于生物因素和非生物因素的共同作用，降解塑料迅速混合到土壤中，在土壤微生物的作用下，被逐步侵蝕，最后徹底轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水。

打破傳統(tǒng)的真空光解水制氫系統(tǒng)，利用非真空系統(tǒng)，常壓下光照即可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。具備以下技術(shù)特點(diǎn)：RTK系列光解水制氫裝置采用最新專(zhuān)利技術(shù)，廢除了苛刻的真空實(shí)驗(yàn)條件，極大地簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)裝置，整個(gè)體系占地面積僅為：1000px(L)*875px(W)*750px(H)，解放了實(shí)驗(yàn)空間。

直接測(cè)量：利用最新專(zhuān)利技術(shù)，直接測(cè)量產(chǎn)氫量（體積或質(zhì)量）或產(chǎn)氫速率。測(cè)量精度可達(dá)0.05mL，最大產(chǎn)氫速率可達(dá)500 mL/Hr。

解放勞動(dòng)力、提升效率：可連續(xù)無(wú)人值守自動(dòng)化工作30天以上，能夠拓展長(zhǎng)多通道（4通道、8通道）光解水制氫裝置，適合同時(shí)做多組平行實(shí)驗(yàn)，極大的提升了科研效率。2100433B

傳統(tǒng)的光解水制氫體系因依賴(lài)于氣相色譜檢測(cè)，實(shí)驗(yàn)必須于真空條件下進(jìn)行，導(dǎo)致整個(gè)裝置體系繁瑣，玻璃儀器要求度高且易破碎，實(shí)驗(yàn)裝置挪動(dòng)不便，而且不能同時(shí)進(jìn)行平行實(shí)驗(yàn)，極大地降低了實(shí)驗(yàn)的效率及進(jìn)度。基于此，簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)條件、多樣化實(shí)驗(yàn)方式成為了研究者研究的重點(diǎn)。

當(dāng)半導(dǎo)體受到能量相當(dāng)或高于該禁帶寬度的光輻照時(shí)，半導(dǎo)體內(nèi)的電子受到激發(fā)躍遷到導(dǎo)帶，從而在導(dǎo)帶和價(jià)帶分別產(chǎn)生自由電子和電子空穴，水在這種電子-空穴對(duì)的作用下發(fā)生電離，生產(chǎn)H₂和O₂。 ，以一種簡(jiǎn)便而廉價(jià)的方法制備氫氣，對(duì)于解決人類(lèi)的能源危機(jī)有著重大的意義 。光解水制氫（非真空）主要是應(yīng)用于科研工作者對(duì)氫能源的制取的探索實(shí)驗(yàn)研究中。