第一篇：抗菌塑料的研究概況

抗菌塑料的發(fā)展現(xiàn)狀

楊紅艷 欒道成 王紅研

（西華大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院納米材料研究所 成都 610039）

摘要：本文介紹了抗菌塑料中抗菌劑種類及其作用機(jī)理。概述了國內(nèi)外抗菌塑料的發(fā)展概況、抗菌塑料的制備及其性能檢測方法和評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，探討了抗菌塑料制品的應(yīng)用領(lǐng)域及發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：抗菌塑料，抗菌劑，抗菌機(jī)理，評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，檢測方法，發(fā)展

Development of the antibacterial plastics

Yang Hongyan , Luan Daocheng(College of Materials and Engineering, Xihua university, Chengdu 610039,China Abstract: varieties of antibacterial agent and their mechanism are introduced in this paper.Development situations of antibacterial plastics as well as preparation methods, the test methods and the evaluative standards for their performance at home and abroad are summarized.Discussed the antibacterial plastics products’ application fields and development in the future.Key words: antibacterial plastics, antibacterial agents, antibacterial mechanism, the evaluative standards, test methods, development1 前言

塑料是四大工程材料之一，已廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、建筑、交通、通訊、醫(yī)療及日常生活等領(lǐng)域中。由于塑料制品在加工和使用過程中易沾染和滋生多種微生物，包括致病細(xì)菌，對人們的身體健康造成一定的危害。隨著人們環(huán)保意識的提高，越來越重視對健康環(huán)境的追求，抗菌塑料應(yīng)運(yùn)而生?？咕芰鲜侵冈谒芰现刑砑涌咕鷦顾芰现破繁旧砭哂锌咕赃_(dá)到抑菌和殺菌目的的新型功能材料，這種材料不僅能保持自身的清潔，而且能減少因使用塑料制品而發(fā)生的交叉感染?？咕芰嫌?0年代興起，并于90年代迅速發(fā)展起來，在歐美一些發(fā)達(dá)國家，抗菌塑料已開始用于大型家電、通訊器材、汽車制造等方面，其中采用納米技術(shù)改性的無機(jī)抗菌劑最為人們所青睞。近幾年我國市場上也出現(xiàn)了許多抗菌產(chǎn)品，表明了我國的抗菌塑料研究開發(fā)和應(yīng)用也已經(jīng)獲得了長足的發(fā)展。國內(nèi)外抗菌塑料的發(fā)展及應(yīng)用

抗菌塑料是近年來迅速發(fā)展起來的一種具有抑制或殺滅其表面細(xì)菌能力的新型功能材料。用它們制成的各種制品具有衛(wèi)生自潔功能，對保護(hù)人類健康，減少疾病，具有十分重要的意義。特別是將納米技術(shù)應(yīng)用到抗菌塑料領(lǐng)域之后，制得的納米抗菌塑料的抗菌效果及安全性和穩(wěn)定性顯著提高了，同時(shí)也擴(kuò)大了其應(yīng)用的范圍和應(yīng)用等級。

國內(nèi)外近20多年來投入了大量的人力物力，發(fā)展抗菌材料產(chǎn)業(yè)，取得了巨大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。國外抗菌塑料的研究始于80年代初，近年來已經(jīng)逐步開始實(shí)用化。日本是研究抗菌塑料方面發(fā)展較早的國家，在80年代開始集中研究銀系無機(jī)抗菌劑及其在塑料中的應(yīng)用，很快取得了進(jìn)展；80年代中期以來，日本開始在家電產(chǎn)品中開發(fā)應(yīng)用抗菌塑料，抗菌洗衣機(jī)、抗菌電話等產(chǎn)品；1991—1995年是日本抗菌行業(yè)發(fā)展最快的時(shí)期，在這短短的幾年中共有30多家企業(yè)進(jìn)入了抗菌劑和抗菌塑料的生產(chǎn)廠家行列。目前日本抗菌技術(shù)協(xié)會(huì)的抗菌劑和抗菌塑料的研制、生產(chǎn)和用戶等企業(yè)已達(dá)250多個(gè)，抗菌塑料幾乎覆蓋PP、ABS等所有主要塑料[1]品種。

歐美在抗菌塑料的開發(fā)和應(yīng)用的進(jìn)程中遠(yuǎn)比日本落后，而且主要使用有機(jī)抗菌劑。80年——————————————————————————————

基金項(xiàng)目：四川省應(yīng)用基礎(chǔ)研究資助項(xiàng)目（042287）四川省特種材料及制備技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)基金項(xiàng)目 楊紅艷：女。1979年出生，碩士研究生

聯(lián)系人：欒道成。男，1964年生，教授。研究生導(dǎo)師 代中期，一些發(fā)達(dá)國家又開始了用于食品包裝的抗菌塑料的開發(fā)，研究結(jié)果表明這些具有抗菌和殺菌功能的包裝材料的應(yīng)用使得各種食品的保質(zhì)期普遍延長達(dá)幾倍以上，減少了各種防腐劑的使用，隨著這類功能材料的不斷完善和發(fā)展，其應(yīng)用的范圍和領(lǐng)域也不斷的擴(kuò)大。美國近幾年也在積極地發(fā)展抗菌塑料，主要應(yīng)用于食物容器、兒童用具(如兒童推車)、汽車部件(如把手、內(nèi)飾件)等。目前歐美抗菌塑料主要應(yīng)用于軟制聚氯乙烯而且主要使用含有砷的[2]有劑抗菌劑。歐美市場PE菜板、PVC兒童玩具等制品是抗菌塑料的最大用途。

我國科研人員也積極追蹤國際材料科學(xué)發(fā)展前沿。但由于研究條件和投入的起點(diǎn)較低長期以來未能形成自己的研究體系，另一方面，長期以來我國經(jīng)濟(jì)相對落后于西方發(fā)達(dá)國家，人們生活水平不高，所以抗菌材料的市場需求直到近年才初露端倪。

90年代中后期，抗菌塑料在我國進(jìn)人了一個(gè)飛速發(fā)展的時(shí)期。工程塑料國家工程研究中心與海爾集團(tuán)的“產(chǎn)、學(xué)、研”聯(lián)合,使工程中心在材料科學(xué)、化學(xué)等多學(xué)科交叉領(lǐng)域?qū)⒖咕牧系难芯砍晒M(jìn)一步完善并推向市場，率先推出中國抗菌家電制品，形成了強(qiáng)大的“健康家電”沖擊波。國內(nèi)一批科技型企業(yè)密切跟蹤國內(nèi)外抗菌材料的最新發(fā)展方向，在無機(jī)抗菌劑、有劑抗菌劑、光觸媒抗菌劑等領(lǐng)域形成全方位開發(fā)的勢頭并已開始少量上市，其中不乏創(chuàng)新的技術(shù)路線。例如，用納米無機(jī)粒子載帶銀等金屬離子，納米級的二氧化鈦光觸媒等均是利用具有國際先進(jìn)水平的材料學(xué)基礎(chǔ)來研制開發(fā)的抗菌劑。

目前，隨著納米技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了抗菌技術(shù)的革命，利用納米技術(shù)在塑料中添加少量的納米無機(jī)抗菌劑即可制得高效的抗菌塑料。這種新型的抗菌塑料使塑料制品除保持原有應(yīng)用

[3]性能之外，還具有優(yōu)異的納米材料特性和抗菌功能。在塑料制品被廣泛應(yīng)用的今天，無疑具有重要的意義。小鴨電器集團(tuán)也把納米抗菌材料應(yīng)用于洗衣機(jī)等家電。上海維安新型建筑材料有限公司將納米材料、抗菌劑、樹脂制成納米級有機(jī)抗菌塑料母料，應(yīng)用于自產(chǎn)的PP-R管，該產(chǎn)品的抗菌性能經(jīng)上海市預(yù)防醫(yī)學(xué)研究院檢測，抑菌持久性高，對革蘭氏陰陽性細(xì)菌的抑

[4]菌率超過91%。青島化工學(xué)院納米材料研究所也成功開發(fā)了納米抗菌塑料。抗菌塑料中抗菌劑的種類及抗菌機(jī)理

塑料抗菌劑是一種新型塑料添加劑，添加少量塑料抗菌劑可賦予塑料長期的抗菌和殺菌能力。一般可將抗菌劑分為有機(jī)系抗菌劑、無機(jī)系抗菌劑和天然系抗菌劑三大類。

有機(jī)抗菌劑主要是有機(jī)酸、酚、醇等，他的短期抗菌效果明顯，尤其抗真菌效果非常好。但由于有機(jī)物大多具有一定的揮發(fā)性，在加工過程中會(huì)產(chǎn)生刺激性氣味，容易對皮膚和眼睛等造成刺激和損傷等，且耐熱性差，易水解，使用壽命短。天然系抗菌劑受到安全和生產(chǎn)的制約，也尚未大規(guī)模市場化。無機(jī)抗菌劑在使用安全性、持久性、抗菌性和耐熱性等方面都優(yōu)于有機(jī)抗菌劑和天然抗菌劑。由于無機(jī)抗菌劑具有這樣的許多優(yōu)點(diǎn)及塑料制品要求的成型條件通常在200℃左右的高溫，且要經(jīng)受強(qiáng)烈的機(jī)械剪切加工。因此，在塑料制品中使用無機(jī)

[5]抗菌劑要比使用有機(jī)抗菌劑好得多。3.1 無機(jī)抗菌劑

無機(jī)類抗菌劑多為金屬離子類抗菌劑，由無機(jī)物載體和抗菌成分組成。利用銀、銅、鋅等金屬本身所具有的抗菌能力，通過物理吸附或離子交換等方法，將銀、銅、鋅等金屬(或其離子)固定在沸石、硅膠等多孔材料的表面制成抗菌劑，然后將其加入到制品中就可獲得具有抗菌性的材料。

3.1.1 載銀抗菌劑

無機(jī)抗菌劑中銀系抗菌劑占據(jù)著主導(dǎo)地位。Ag是一種廣譜的抗菌劑。然而，銀的抑菌機(jī)理直到現(xiàn)在還不很清楚。目前對銀的抗菌機(jī)理有兩種觀點(diǎn)：(1)銀離子接觸反應(yīng),造成微生物共有成分破壞或產(chǎn)生阻礙。當(dāng)微量銀離子到達(dá)微生物細(xì)胞膜時(shí),因后者帶有負(fù)電荷,依靠庫侖引力,使二者牢固吸附,銀離子穿透細(xì)胞壁進(jìn)入細(xì)胞內(nèi),使蛋白質(zhì)凝固,破壞細(xì)胞合成酶的活性,細(xì)胞喪失分裂增殖能力而死亡。同時(shí),銀離子也能破壞微生物電子傳輸系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)、物質(zhì)傳送系統(tǒng)。持此觀點(diǎn)者認(rèn)為,銀離子具有較高的氧化還原電位(±0.798ev,25℃),反應(yīng)活性很大,通過反應(yīng)達(dá)到穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。(2)催化假說認(rèn)為,物質(zhì)表面分布的微量銀離子能起到催化活性中心的作用,銀激活空氣或水中的氧,產(chǎn)生羥基自由基(·0H)及活性氧離子(Ｏ),它們能破壞微生物細(xì)胞

[6]的增殖能力,抑制或殺滅細(xì)菌。3.1.2 納米無機(jī)抗菌劑

經(jīng)納米技術(shù)改性的無機(jī)抗菌劑由于粒徑超細(xì)，增加了與細(xì)菌的接觸面積，同時(shí)依靠庫侖引力可穿透細(xì)胞體內(nèi)，破壞細(xì)胞合成酶的活性，使細(xì)胞喪失分裂增值能力而死亡。近年來，利用納米半導(dǎo)體粒子的光催化效應(yīng)殺菌的技術(shù)研究較多。其殺菌機(jī)理為：在日光燈、陽光的照射下TiO2中位于價(jià)帶的電子越遷至導(dǎo)帶，導(dǎo)帶中被激發(fā)的電子有強(qiáng)的還原性，而價(jià)帶中的_2空穴則具有強(qiáng)的氧化能力，則分布在表面的空穴h可以將吸附在TiO2表面的OH--和H2O分子氧化成·0H?！?H的氧化能力是水體中存在的氧化劑中最強(qiáng)的，能氧化大部分有機(jī)污染物及部

[7] 分無機(jī)污染物，將其最終降解為C02、H20等無害物質(zhì)。4 塑料用抗菌劑的選擇原則(1)最小抑菌濃度和最小殺菌濃度

抗菌效果主要是通過最小抑制濃度值〔MIC〕——即阻止細(xì)菌繁殖的抗菌劑最小濃度；最小殺菌濃度(MBC)值——致使細(xì)菌死亡的抗菌劑最低濃度和殺菌率體現(xiàn)出來。MIC和MBC值越低，材料的抗菌、殺菌效果越好。(2)抗菌譜

抗菌劑對之能表現(xiàn)出抗菌活性的微生物種類集合稱為該抗菌劑的抗菌譜。能對許多種微生物同時(shí)表現(xiàn)抗菌活性的抗菌劑稱為廣譜抗菌劑。在選擇抗菌劑的時(shí)候應(yīng)盡量選擇廣譜抗菌劑。

(3)穩(wěn)定性

抗菌劑的穩(wěn)定性指抗菌劑本身物理化學(xué)性能隨時(shí)間和環(huán)境變化保持穩(wěn)定的能力，包括外觀顏色和抗菌效果(4)持久性

抗菌劑在使用過程中可能要經(jīng)歷洗滌溶出等作用，或逐漸散發(fā)到環(huán)境中，也會(huì)引起抗菌材料抗菌性能的變化(5)加工適應(yīng)性

一般抗菌劑都需要結(jié)合材料才能制備成相應(yīng)制品使用，所以選擇的抗菌劑要能夠適應(yīng)基材的加工要求。(6)反應(yīng)惰性

抗菌劑在使用過程中盡可能不要和基材中的物質(zhì)發(fā)生物理和化學(xué)作用，特別是不要影響高分子抗菌材料和制品的耐候性。對于特殊的反應(yīng)性抗菌劑，使用時(shí)一定要充分考慮其這方[8]面的影響。

另外，在選擇抗菌劑時(shí)還要考慮到安全性和經(jīng)濟(jì)性。

+ 5 抗菌塑料的制備方法

目前，用于塑料的抗菌劑多為無機(jī)抗菌劑。由于抗菌劑多為粉狀，這就給加工帶來了不便。因此，現(xiàn)在通用的方法是將抗菌劑做成抗菌母粒，再以一定的比例與樹脂參混進(jìn)行后加工[9]（制備工藝流程見下圖[10]）。在抗菌塑料的制備中，無機(jī)抗菌劑屬于一種功能型添加劑，以填料的形式混入樹脂。為了保證抗菌劑與有機(jī)物有較好的相容性、混合均勻，制備抗菌塑料前預(yù)先對抗菌劑進(jìn)行了表面處理，分子結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一個(gè)較長的非極性烴基，一個(gè)較短的極性基，使添加物便于定向排列在材料表面或兩相界面上，使表面或界面容易相容?？咕芰铣尚凸に囍械年P(guān)鍵是濃縮抗菌母粒、分散劑與樹脂的混合。它們的混合關(guān)系到濃縮母粒能否在塑料中均勻分散，同時(shí)關(guān)系到抗菌材料在塑料制品中均勻、持久的抗菌功能。通過篩選，選用了性能很好的分散劑是很重要的。

抗菌塑料制備工藝流程圖 抗菌性能測試

抗菌性是衡量抗菌性能的重要指標(biāo)。要客觀地評價(jià)抗菌性，首先要對一些相關(guān)概念有科學(xué)的認(rèn)識。在醫(yī)學(xué)、微生物學(xué)方面，抑制微生物生長主要采用物理和化學(xué)方法，按照抑制的程度不同，可分為滅菌、消毒、抗菌等，其涵義有所不同。

滅菌：殺滅物體中所有微生物(包括病原菌和非病原菌)的繁殖體和芽胞的方法或作用叫做滅菌。

消毒：殺死病原菌的方法或作用叫做消毒。具有消毒作用的藥物稱為消毒劑。一般消毒劑在常用的濃度下只對細(xì)菌的繁殖體有效，對于芽胞則無殺害作用。

抗菌：防止或抑制微生物生長的方法或作用叫做抑菌或防腐。用于抑菌的藥物，稱為抑菌劑或防腐劑。許多藥品在低濃度時(shí)只有抑菌作用，濃度增大或作用時(shí)間長時(shí)，可起殺菌作

[11]用，殺菌作用和抑菌作用總稱為抗菌作用。

抗菌塑料的抗菌性能測試方法主要有抑菌圈實(shí)驗(yàn)法、試片貼膜法、振蕩實(shí)驗(yàn)法。

[12]6.1.1 抑菌圈實(shí)驗(yàn)

判定一種物質(zhì)是否有抗菌活性，通?？赏ㄟ^微生物學(xué)中抑菌圈實(shí)驗(yàn)的方法來進(jìn)行?？赏ㄟ^抑菌圈的大小來定性表明被測物質(zhì)抗菌性的強(qiáng)弱。這一方法具有快速簡便的特點(diǎn)，在抗生素等藥物篩選中也常使用。早期，有人使用這一方法來研究抗菌塑料的抗菌性。但抑菌圈法不能得出抗菌率的定量結(jié)果。抑菌圈的大小雖在一定條件下可反映抗菌效果的好壞，但不同抗菌物質(zhì)之間，此數(shù)值的可比性較差。

[12]6.1.2 試片貼膜法

目前眾多抗菌測試方法中，貼膜法最接近于實(shí)際情況，是定量測定抗菌塑料抗菌性的試驗(yàn)方法。它反映了抗菌塑料的接觸抗菌原理，并在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中充分考慮了抗菌塑料的實(shí)際使用條件等外部因素，能較客觀地反映抗菌塑料抗菌功能。試片貼膜法是將抗菌試樣與空白樣經(jīng)菌液處理，經(jīng)過一定時(shí)間后，分別測出抗菌試樣和空白樣上的細(xì)菌數(shù)，從而算出抗菌率?？咕剩?空白樣細(xì)菌數(shù)—抗菌試樣細(xì)菌數(shù))／空白樣細(xì)菌數(shù)*100％，抗菌率可以定量地表征抗菌材料抗菌性，是評價(jià)抗菌材料的常用方法，注塑件常用此法。試驗(yàn)菌種為金黃色葡萄球菌(staphylococcus aureus)和大腸桿菌(Escherichiaco1i)。

[11]6.1.3 浸漬培養(yǎng)法

該法是將菌液均勻浸人樣品，不需貼膜的培養(yǎng)方法，培養(yǎng)一段時(shí)間后，平板計(jì)數(shù)測出菌數(shù)，與未加抗菌劑的樣品比較，計(jì)算出抗菌率。主要適用于纖維制品、發(fā)泡塑料等，對不同

的材料培養(yǎng)時(shí)間也不同。

[14]6.1.4 接觸法或包埋法 此法是將樣品直接接觸混有菌液的培養(yǎng)基或包埋基內(nèi)，培養(yǎng)不同時(shí)間后，觀察細(xì)菌在樣品及其周圍的生長情況和樣品受侵蝕情況。適用于不同材質(zhì)樣品的抗菌性檢測和深人研究，但不能定量檢測抗菌性，且檢測周期較長。國際標(biāo)準(zhǔn)ISO846，德國標(biāo)準(zhǔn)DIN53793，美國ASTM G22—96等均采用此法對高分子材料的抗菌性能進(jìn)行檢測。

[15]6.1.5 接觸抗菌法

此方法也稱表面動(dòng)態(tài)測試方法，適合于抗菌織物、發(fā)泡塑料一次性衛(wèi)生用品等的抗菌性評價(jià)。將抗菌材料浸泡于一定濃度的菌液中，在25℃下不斷振蕩，定時(shí)采用活菌計(jì)數(shù)，計(jì)算抗

菌率，由于強(qiáng)烈振蕩，菌液易起泡沫，對抗菌性能評價(jià)有一定影響。

[12]6.1.6 防霉性能測試法

塑料防霉性測試可參照GB 2423.16-1990《電工電子產(chǎn)品基本環(huán)境試驗(yàn)規(guī)程試驗(yàn)J:長霉試驗(yàn)方法》，ISO846-1978(E)《塑料在真菌和細(xì)菌作用下的行為的測試——用直觀檢驗(yàn)法或用測量質(zhì)量或物性變化的方法評價(jià)》。工程塑料國家工程研究中心《抗菌防霉塑料防霉等級測試方法》(1999)中對八種菌種進(jìn)行了防霉測試。根據(jù)微生物在塑料上的生長程度,將塑料的防霉等級分為0、1、2、3級。最高防霉等級是0級，被試樣品在結(jié)果判斷時(shí)，放大50倍觀察不到霉菌生長。抗菌塑料制品的應(yīng)用領(lǐng)域

(1)廚房衛(wèi)生用具：餐具、碗、筷子、杯子、刀柄、菜板、保溫瓶殼、砧板、水桶、牙刷、食品托盤、拖鞋、鞋墊、飯盒等

(2)包裝材料：塑料袋用薄膜、各種保鮮膜，中空容器如塑料飲料瓶、化妝品瓶、過濾網(wǎng)等(3)家用電器及日用品：冰箱、電話機(jī)、傳真機(jī)、計(jì)算器、凈化器、飲水機(jī)、空調(diào)機(jī)、洗衣機(jī)、加濕器、換氣扇、電腦鍵盤等

(4)紡織品：淋浴防水帷幔 空調(diào)過濾網(wǎng)、帽子、假發(fā)、運(yùn)動(dòng)服、被褥用品：如床單、被罩、枕心、枕套，手套、圍裙、鞋墊、紗布、口罩、地毯

(5)建材居室：裝飾板、內(nèi)墻涂料、壁紙、家具、門窗、瓷磚、管道、門把手、洗滌盆、便器、澡盆、電源開關(guān)、栽培容器、臺燈

(6)辦公用品：紙制品：如辦公用紙、卡片、記事本、衛(wèi)生紙：文具：如鉛筆、鋼筆、圓珠筆、橡皮、圓規(guī)、墊板、訂書機(jī)、文件夾

(7)醫(yī)藥衛(wèi)生：包裝紙、藥箱、聽診器、體溫計(jì)、體重計(jì)、助聽器、醫(yī)院設(shè)施、醫(yī)護(hù)人員和病人服裝、注射器、輸液器、一次性手套

[1](8)其他：塑料玩具類、鋼琴琴鍵、公共設(shè)施如公共汽車地鐵等吊環(huán)把手、交通工具內(nèi)飾件 抗菌塑料的發(fā)展前景

抗菌塑料的開發(fā)和應(yīng)用為保護(hù)人類健康樹起了一道綠色屏障，對于改善人類生存環(huán)境，減少疾病，保護(hù)全民健康，具有十分重要的意義。正因?yàn)榭咕芰霞捌渲破窞樘岣呷裆钯|(zhì)量創(chuàng)造了良好條件，所以抗菌家電和日用品一經(jīng)投放市場就受到廣大消費(fèi)者的青睞。據(jù)預(yù)測，在家電和日用品中得到應(yīng)用后，抗菌塑料發(fā)展的第二階段市場將主要是抗菌建材和室內(nèi)裝飾材料。高檔轎車的內(nèi)飾件也將越來越多地采用抗菌材料，如日產(chǎn)轎車的方向盤、內(nèi)飾絨

[16] 布、座位、把手等均已實(shí)現(xiàn)抗菌化。隨著抗菌塑料應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展，抗菌塑料的研究發(fā)展方向?qū)⑾蛑玫慕鉀Q抗菌劑添加到塑料中實(shí)現(xiàn)抗菌功能的制作過程中引起的三個(gè)問題：(1)抗菌劑在樹脂中的分散(2)抗菌劑與樹脂的結(jié)合(3)抗菌劑與樹脂等混后引起的色變；以及開發(fā)出適合塑料使用的質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的新型的抗菌劑以便獲得性能優(yōu)異、價(jià)格低廉、用量少、抗菌性能高的優(yōu)異的抗菌塑料；并且未來的產(chǎn)品將向著抗菌、防霉并兼具抗紫外、防靜電等多功能復(fù)合的方向發(fā)展。隨著人們對抗菌塑科研究開發(fā)的深入和人們的衛(wèi)生保健意識增強(qiáng)，抗菌塑料的應(yīng)用前景十分廣闊。

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7.陸春華,倪亞茹,許仲梓等.無機(jī)抗菌材料及其抗菌機(jī)理.南京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2003，25(1)8.季君暉,嚴(yán)慶.新型塑料用抗菌劑的研究及其應(yīng)用展望.中國科技成果,2004,10:12 9.張環(huán),趙義平,祝娥巍.抗菌塑料母料的制備及其抗茵性能研究.合成樹脂及塑料,2003,20(1):21 10.董曉旭.抗菌高分子材料抗菌性檢驗(yàn)方法的研究.工程塑料應(yīng)用,2000,28(2):27 11.鄭巧東,謝萍華.抗菌塑料抗菌性能的檢測與評價(jià).杭州化工,2003,33(2)27～28 12.李畢忠.抗菌塑料的最新發(fā)展.塑料,2000,29(3):25～26 13.董曉旭.抗菌高分子材料抗菌性能檢驗(yàn)方法的研究.工程塑料應(yīng)用,2000,28(2):27 14.張環(huán),劉敏江,趙義平.抗菌塑料性能的評價(jià)方法.塑科加工應(yīng)用,2001,23(4):11 15.季君輝.抗菌塑料應(yīng)用開發(fā)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢.市場觀察,科技產(chǎn)業(yè)

16.湯戈,王振家.無機(jī)抗菌材料的發(fā)展和應(yīng)用.材料科學(xué)與工程,2002,20(2):300～301

第二篇：導(dǎo)電塑料的國內(nèi)外發(fā)展概況

導(dǎo)電塑料的國內(nèi)外發(fā)展概況

導(dǎo)電性高分子材料一般分為結(jié)構(gòu)型和復(fù)合型兩大類。結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子聚合物是1977年才發(fā)現(xiàn)的，它是有機(jī)聚合摻雜后的聚乙炔，具有類似金屬的電導(dǎo)率。而純粹的結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子聚合物至今只有聚氮化硫類，其它許多導(dǎo)電聚合物幾乎均需采用氧化還原、離子化或電化學(xué)等手段進(jìn)行摻雜之后才能有較高的導(dǎo)電性。其代表性的產(chǎn)物有聚乙炔、聚對苯撐、聚吡咯、聚噻吩、聚吡啶、聚苯硫醚等。還有一種叫作熱分解導(dǎo)電高分子，這是把聚酰亞胺、聚丙烯腈等在高溫下熱處理，使之生成與石墨結(jié)構(gòu)相近的物質(zhì)，從而獲得導(dǎo)電性。這些熱分解導(dǎo)電高分子的特征是無須摻雜處理，故具有優(yōu)異的穩(wěn)定性。結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子材料的主要用途是導(dǎo)電材料、蓄電池電極材料、光功能元件、半導(dǎo)體材料，其研究開發(fā)主要集中在以下幾方面：①具有與金屬相同的電導(dǎo)率；②在空氣中是穩(wěn)定的；③具有高功能；④具有良好的加工成型性。

另一類被稱之為復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料，它是由導(dǎo)電性物質(zhì)與高分子材料復(fù)合而成。這是一類已被廣泛應(yīng)用的功能性高分子材料。本文主要介紹復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料。

一、復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料的分類及用途。復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料的分類有很多種，根據(jù)電阻值的不同可分為：半導(dǎo)電體、除靜電體、導(dǎo)電體、高導(dǎo)電體；根據(jù)導(dǎo)電填料的不同可分為：抗靜電劑系、碳系(炭黑、石墨等)、金屬系(各種金屬粉末、纖維、片等)；根據(jù)樹脂的形態(tài)不同可分為：導(dǎo)電塑料、導(dǎo)電橡膠、導(dǎo)電涂料、導(dǎo)電膠粘劑、導(dǎo)電薄膜等；還可根據(jù)其功能不同分為：防靜電材料、除靜電材料、電極材料、發(fā)熱體材料、電磁波屏蔽材料。本文主要介紹復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料中導(dǎo)電塑料的用途。(1)在電子、電器領(lǐng)域中作集成電路、晶片、傳感器護(hù)套等精密電子元件生產(chǎn)過程中使用的防靜電周轉(zhuǎn)箱、IC及LCD托盤、IC封裝、晶片載體、薄膜袋等。(2)防爆產(chǎn)品的外殼及結(jié)構(gòu)件，如：煤礦、油船、油田、粉塵及可燃?xì)怏w等場合中使用的電器產(chǎn)品外殼及結(jié)構(gòu)件。(3)中、高壓電纜中使用的半導(dǎo)電屏蔽料。

(4)電訊、電腦，自動(dòng)化系統(tǒng)、工業(yè)用電子產(chǎn)品、消費(fèi)用電子產(chǎn)品、汽車用電子產(chǎn)品等領(lǐng)域中的電器產(chǎn)品EMI屏蔽外殼。

二、復(fù)合型導(dǎo)電塑料的國內(nèi)外發(fā)展概況

1、抗靜電劑填充型 抗靜電劑填充型產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)是制品著色不受限制，其中低分子型抗靜電劑對產(chǎn)品性能影響不大。但低分子抗靜電劑填充型產(chǎn)品的電性能會(huì)隨著時(shí)間的推移而逐漸喪失。國外目前的主要開發(fā)動(dòng)向是研制生產(chǎn)高分子型抗靜電劑，高分子型抗靜電劑亦可稱為永久性抗靜電劑，它不會(huì)像低分子型抗靜電劑那樣水洗后或長時(shí)間使用后便喪失其導(dǎo)電性。高分子型抗靜電劑的主要品種有：聚醚型、季氨鹽型、磺酸型、酸的接枝共聚物、離子型。

主要生產(chǎn)廠家有日本的三洋化成、住友精化、住友科學(xué)工業(yè)、第一工業(yè)制藥，瑞士的汽巴精化、科萊恩，美國的威科、大湖等。高分子型抗靜電劑的添加量是低分子型抗靜電劑的5-15倍，同時(shí)還要考慮其與樹脂的相容性從而選擇適用的相容劑，因受到成本的制約使其應(yīng)用受到一定限制。國內(nèi)目前主要是低分子型抗靜電劑，代表性的廠家有杭州塑料研究所、北京市化工研究院等。

2、碳系填充型 這一系列的填充物主要是導(dǎo)電炭黑、石墨和碳纖維。其中炭黑填充是主流，炭黑填充型導(dǎo)電聚合物之所以被廣泛采用，其一是因?yàn)閷?dǎo)電炭黑價(jià)格較為低廉；其二是因?yàn)樘亢谀芨鶕?jù)不同的導(dǎo)電性需求有較大的選擇余地；三是導(dǎo)電性持久、穩(wěn)定；因此是理想的抗靜電材料。但是它的制成品僅限于黑色，并對材料性能影響較大，需要配套改性技術(shù)。炭黑填充型導(dǎo)電塑料的主要用途是：(1)與集成電路相關(guān)的領(lǐng)域 集成電路塊、場效應(yīng)管、晶體管等電子元器件在加工、裝配、包裝、運(yùn)輸?shù)壬a(chǎn)過程中，常常會(huì)因震動(dòng)、摩擦產(chǎn)生的靜電而損壞，甚至造成整臺機(jī)器的報(bào)廢。這些電子元器件對靜電的敏感程度小至100伏，大至上萬伏不等。幾百伏以至上千伏的靜電是非常容易產(chǎn)生的，有實(shí)驗(yàn)表明：人在低溫度環(huán)境中的干燥地毯上行走時(shí)，可產(chǎn)生5000伏的靜電，戴著橡膠手套與塑料容器接觸時(shí)，可產(chǎn)生6000伏的靜電，即使是不戴手套用手直接與塑料容器接觸，也會(huì)產(chǎn)生200伏的靜電。由此可見，在這一領(lǐng)域中防靜電、除靜電措施的重要。炭黑填充型導(dǎo)電塑料完全可以滿足這類材料的防靜電、除靜電需求。其主要產(chǎn)品有：電子元器件在周轉(zhuǎn)、保管、搬運(yùn)過程中使用的周轉(zhuǎn)箱、托盤、支架、封裝等。(2)醫(yī)療、煤礦、紡織等潔凈、易爆環(huán)境。導(dǎo)電塑料在這些場合用作電器設(shè)備的外殼或結(jié)構(gòu)件。(3)高壓電纜、通訊電纜領(lǐng)域。近年來，隨著用電量的增加，使電纜朝著高壓化的方向發(fā)展。為使制造工程簡化，需要新的被覆構(gòu)造，即用導(dǎo)電塑料作半導(dǎo)電層。這是為了緩和導(dǎo)體表面電位梯度，防止導(dǎo)體與半導(dǎo)體問的部分放電。這類材料的體積電阻為100-104Ω?cm。(4)面狀發(fā)熱體。導(dǎo)電塑料還可以作為熱源被利用。這是利用在導(dǎo)電塑料上施加電壓，電流通過后電阻產(chǎn)生焦?fàn)枱崃康脑恚@類材料的體積電阻為100-104 Ω/cm。在國外，碳系填充型導(dǎo)電塑料已經(jīng)形成為一個(gè)十分成熟的市場，較大的生產(chǎn)廠商有美國的卡伯特公司、原聯(lián)碳公司、GE公司、3M公司等，日本的東芝化學(xué)、住友酚醛塑料是主要廠商，還有東麗、東洋油墨制造、東京油墨、日本合成橡膠、神戶制鋼所等，芬蘭的PREMIX，韓國的LG公司。與工程塑料相比，導(dǎo)電塑料是一個(gè)很小的品種。關(guān)于電子設(shè)備用導(dǎo)電塑料的市場用量，據(jù)一份日文資料顯示，日本1996年用于便攜電子機(jī)器(筆記本電腦、手機(jī)等)的工程塑料為3500t，約為20億日元。目前對于上述產(chǎn)品的EMI屏蔽對策一般是采用無電解鍍、高頻離子電鍍、導(dǎo)電涂料、導(dǎo)電塑料，其表面加工費(fèi)用的水平分別為：40億日元、26億日元、3億日元、2億日元。芬蘭的PREMIX公司導(dǎo)電塑料生產(chǎn)量約為200t／a，據(jù)稱在歐洲占有很

大的市場份額。在碳系填充的品種中用量較大的是用于中、高壓電纜的半導(dǎo)電層屏蔽料，國內(nèi)的市場需求約為數(shù)千噸，其中高壓電纜料基本依靠進(jìn)口。國內(nèi)碳系填充導(dǎo)電塑料業(yè)已形成工業(yè)化生產(chǎn)，但在品種、質(zhì)量穩(wěn)定性等方面與國外有較大差距。特別是與集成電路相關(guān)的導(dǎo)電塑料的工業(yè)化生產(chǎn)基本空白。目前使用的材料大部分為進(jìn)口。

3、金屬填充型 這類導(dǎo)電塑料主要用于電磁波屏蔽場合。近年來由于集成電路和大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字化電子機(jī)器已從工業(yè)用向民用品發(fā)展。為了提高處理能力，使用的電子線路和元件越來越集成微型化、高速化，其信號水平減小，這使從外部侵入的電磁波與控制信號相接近。此外，電子設(shè)備也向外放射電磁波，因此很容易造成電子機(jī)器的誤動(dòng)作、圖象和聲音干擾。進(jìn)入80年代，電子機(jī)器的殼體大多采用塑料材料代替金屬。這是由于塑料作為殼體具有質(zhì)輕且強(qiáng)度高、耐腐蝕、易加工、生產(chǎn)效率高、總成本低等優(yōu)點(diǎn)。但是，塑料是絕緣體，對于電磁波來說，完全可以透過。因此，賦予塑料殼體電磁波屏蔽能力就成為一個(gè)有待研究的十分迫切的課題。目前，具體實(shí)施的屏蔽方法很多，大致分為在塑料表面形成導(dǎo)電層的方法和將導(dǎo)電性填料混入到塑料中制成導(dǎo)電塑料的方法兩種。不同的屏蔽方法各有其優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍，以往應(yīng)用較多的是鋅噴鍍和導(dǎo)電涂料法。近年來，導(dǎo)電塑料法引起了人們的興趣，這方面的研究報(bào)道很多，這是由于導(dǎo)電塑料法具有3個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn)：①無需二次加工；②屏蔽性與成型制品一次完成(省力、經(jīng)濟(jì))；③在長期使用過程中(如震動(dòng)、濕熱環(huán)境因素下)安全、可靠，不會(huì)像表面法那樣產(chǎn)生剝離和脫落現(xiàn)象。EMI屏蔽塑料多以各種工程塑料為基材，使用的金屬填料主要是不銹鋼纖維，也有的使用黃銅短纖維、鋁片、鎳?yán)w維等。制成品的體積電阻為10-1-10-3Ω?cm，電磁波屏蔽效果為30-60分貝。碳纖維、特種導(dǎo)電炭黑雖然不是金屬填料，但其制成品也可在電磁波屏蔽場合應(yīng)用。當(dāng)一些制品在比較苛刻的使用環(huán)境中要求具有強(qiáng)度高、體積輕、壁薄、注射成型易流動(dòng)等特點(diǎn)時(shí)，就要采用碳纖維填充的材料，目前市售的高檔筆記本電腦、手機(jī)殼體材料即是采用碳纖維填充的PC／ABS合金。黃銅短纖維填充的復(fù)合體系具有優(yōu)異的電磁波屏蔽效果，卻難以滿足實(shí)用化提出的阻燃、低比重、良好的制品外觀等要求；鎳及鍍鎳石墨纖維雖也具有優(yōu)異的電性能，但由于價(jià)格昂貴而限制了其使用性；碳纖維、特種導(dǎo)電炭黑填充的復(fù)合體系屏蔽效果較差，適用性受到限制；不銹鋼纖維的直徑一般為6―10μm，填加10％左右即可滿足實(shí)際應(yīng)用中要求的電性能，由于填加量少，因此對復(fù)合體系的物理機(jī)械性能影響較小，是理想的EMI屏蔽塑料填充材料。國外金屬填充型導(dǎo)電塑料已形成工業(yè)化生產(chǎn)規(guī)模，這類材料的價(jià)格較為昂貴。國內(nèi)只有北京市化工研究院、中山大學(xué)、中科院、成都科技大等少數(shù)幾個(gè)單位對此開展了研究，但均沒有工業(yè)化生產(chǎn)。

第三篇：導(dǎo)電塑料的國內(nèi)外發(fā)展概況

導(dǎo)電塑料的國內(nèi)外發(fā)展概況

相關(guān)專題： 導(dǎo)電塑料

時(shí)間：2006-04-07 14:26

導(dǎo)電性高

結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子聚合物是1977年才發(fā)現(xiàn)的，它是有機(jī)聚合摻雜后的聚乙炔，具有類似金屬的電導(dǎo)率。而純粹的結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子聚合物至今只有聚氮化硫類，其它許多導(dǎo)電聚合物幾平均需采用氧化還原、離子化或電化學(xué)等手段進(jìn)行摻雜之后才能有較高的導(dǎo)電性。其代表性的產(chǎn)物有聚乙炔、聚對苯撐、聚吡咯、聚噻吩、聚吡啶、聚苯硫醚等。還有一種叫作熱分解導(dǎo)電高分子，這是把聚酰亞胺、聚丙烯腈等在高溫下熱處理，使之生成與石墨結(jié)構(gòu)相近的物質(zhì)，從而獲得導(dǎo)電性。這些熱分解導(dǎo)電高分子的特征是無須摻雜處理，故具有優(yōu)異的穩(wěn)定性。結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子材料的主要用途是導(dǎo)電材料、蓄電池電極材料、光功能元件、半導(dǎo)體材料，其研究開發(fā)主要集中在以T4個(gè)方面：①具有與金屬相同的電導(dǎo)率；②在空氣中是穩(wěn)定的；③具有高功能；④具有良好的加工成型性。

另一類被稱之為復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料，它是由導(dǎo)電性物質(zhì)與高分子材料復(fù)合而成。這是一類已被廣泛應(yīng)用的功能性高分子材料。本文主要介紹復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料。

一、復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料的分類及用途

復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料的分類有很多種，根據(jù)電阻值的不同可分為：半導(dǎo)電體、除靜電體、導(dǎo)電體、高導(dǎo)電體；根據(jù)導(dǎo)電填料的不同可分為：抗靜電劑系、碳系(炭黑、石墨等)、金屬系(各種金屬粉末、纖維、片等)；根據(jù)樹脂的形態(tài)不同可分為：導(dǎo)電塑料、導(dǎo)電橡膠、導(dǎo)電涂料、導(dǎo)電膠粘劑、導(dǎo)電薄膜等；還可根據(jù)其功料、電極材料、發(fā)熱體材料、電磁波屏蔽材料。本文主要介紹復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料中導(dǎo)電塑料的用途。

(1)在電子、電器領(lǐng)域中作集成電路、晶片、傳感器護(hù)套等精密電子元件生產(chǎn)過程中使用的防靜電周轉(zhuǎn)箱、IC及LCD托盤、IC封裝、晶片載體、薄膜袋等。

(2)防爆產(chǎn)品的外殼及結(jié)構(gòu)件，如：煤礦、油船、油田、粉塵及可燃?xì)怏w等場合中使用的電器產(chǎn)品外殼及結(jié)構(gòu)件。

(3)中、高壓電纜中使用的半導(dǎo)電屏蔽料。

(4)電訊、電腦，自動(dòng)化系統(tǒng)、工業(yè)用電子產(chǎn)品、消費(fèi)用電子產(chǎn)品、汽車用電子產(chǎn)品等領(lǐng)域中的電器產(chǎn)品EMI屏蔽外殼。

二、復(fù)合型導(dǎo)電塑料的國內(nèi)外發(fā)展概況

1、抗靜電劑填充型

抗靜電劑填充型產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)是制品著色不受限制，其中低分子型抗靜電劑對產(chǎn)品性能影響不大，其表面電阻率為1010-1013Ω。但低分子抗靜電劑填充型產(chǎn)品的電性能會(huì)隨著時(shí)間的推移而逐漸喪失。

國外目前的主要開發(fā)動(dòng)向是研制生產(chǎn)高分子型抗靜電劑，高分子型抗靜電劑亦可稱為永久性抗靜電劑，它不會(huì)像低分子型抗靜電劑那樣水洗后或長時(shí)間使用后便喪失其導(dǎo)電性。高分子型抗靜電劑的主要品種有：聚醚型、季氨鹽型、磺酸型、酸的接枝共聚物、離子型。主要生產(chǎn)廠家有日本的三洋化成、住友精化、住友科學(xué)工業(yè)、第一工業(yè)制藥，瑞士的汽巴精化、科萊恩，美國的威科、大湖等。高分子型抗靜電劑的添加量是低分子型抗靜電劑的5-15倍，一定限制。國內(nèi)目前主要是低分子型抗靜電劑，代表性的廠家有杭州塑料研究所、北京市化工研究院等。

2、碳系填充型

這一系列的填充物主要是導(dǎo)電炭黑、石墨和碳纖維，制成品的體積電阻率為102-109Ω?cm。其中炭黑填充是主流，炭黑填充型導(dǎo)電聚合物之所以被廣泛采用，其一是因?yàn)閷?dǎo)電炭黑價(jià)格較為低廉；其二是因?yàn)樘亢谀芨鶕?jù)不同的導(dǎo)電性需求有較大的選擇余地，它的制成品的電阻值可在102-109Ω之間的寬廣范圍內(nèi)變化；其三是導(dǎo)電性持久、穩(wěn)定；因此是理想的抗靜電材料。但是它性技術(shù)。炭黑填充型導(dǎo)電塑料的主要用途是：

(1)集成電路塊、場效應(yīng)管、晶體管等電子元器件在加工、裝配、包裝、運(yùn)輸?shù)壬a(chǎn)過程報(bào)廢。這些電子元器件對靜電的敏感程度小至100伏，大至上萬伏不等。幾百伏以至上千伏的靜電是非常容易產(chǎn)生的，有實(shí)驗(yàn)表明：人在低溫度環(huán)境中的干燥地毯上行走時(shí)，可產(chǎn)生5000伏的靜電，戴著橡膠手套與塑料容器接觸時(shí)，可產(chǎn)生6000伏的靜電，即使是不戴手套用手直接與塑料容器接觸，也會(huì)產(chǎn)生200伏的靜電。由此可見，在這一領(lǐng)域中防靜電、除靜電措施的重要。炭黑填充型導(dǎo)電塑料的電阻值可在102-109Ω間調(diào)節(jié)，完全可以滿足這類材料的防靜電、除靜電需求。其主要產(chǎn)品有：電子元器件在周轉(zhuǎn)、保管、搬運(yùn)過程中使用的周轉(zhuǎn)箱、托盤、支架、封裝等。

(2)醫(yī)療、煤礦、紡織等潔凈、易爆環(huán)境 導(dǎo)電塑料在這些場合用作電器設(shè)備的外殼或結(jié)構(gòu)件。

(3)高壓電纜、通訊電纜領(lǐng)域近年來，隨著用電量的增加，使電纜朝著高壓化的方向發(fā)展。為使制造工程簡化，需要新的被覆構(gòu)造，即用導(dǎo)電塑料作半導(dǎo)電層。這是為了緩和導(dǎo)體表面電位梯度，防止導(dǎo)體與半導(dǎo)體問的部分放電。這類材料的體積電阻為100-104Ω?cm。

(4)面狀發(fā)熱體 流通過后電阻產(chǎn)生焦?fàn)枱崃康脑?，這類材料的體積電阻為100-104Ω?cm。

在國外，較大的生產(chǎn)廠商有美國的卡伯特公司、原聯(lián)碳公司、GE公司、3M公司等，日本的東芝化學(xué)、住友酚醛塑料要廠商，還有東麗、東洋油墨制造、東京油墨、日本合成橡膠、神戶制鋼所等，芬蘭的PREMIX，韓國的LG公司。

據(jù)一份日文資料顯示，日本1996年用于便攜電子機(jī)器(筆記本電腦、手機(jī)等)的工程塑料為3500t，約為20億日元。目前對于上述產(chǎn)品的EMI屏蔽對策一般是采用無電解鍍、高頻離子電鍍、導(dǎo)電涂料、導(dǎo)電塑料，其表面加工費(fèi)用的水平分別為：40億日元、26億日元、3億日元、2億日元。芬蘭的PREMIX公司導(dǎo)電塑料生產(chǎn)量約為200t／a，據(jù)稱在歐洲占有很大的市場份額。在碳系填充的品種中用量較大的是用于中、高壓電纜的半導(dǎo)電層屏蔽料，國內(nèi)的市場需求約為數(shù)千噸，其中高壓電纜料基本依靠進(jìn)口。國內(nèi)碳系填充導(dǎo)電塑料業(yè)已形成工業(yè)化生產(chǎn)，但在品種、質(zhì)量穩(wěn)定性等方面與國外有較大差距。特別是與集成電路相關(guān)的導(dǎo)電塑料的工業(yè)化生產(chǎn)基本空白。目前使用的材料大部分為進(jìn)口。

3、金屬填充型

這類導(dǎo)電塑料主要用于電磁波屏蔽場合。近年來由于集成電路和大規(guī)模集的發(fā)展，數(shù)字化電子機(jī)器已從工業(yè)用向民用品發(fā)展。為了提高處理能力，使用的電子線路和元件越來越集成微型化、高速化，其信號水平減小，這使從外部侵入的電磁波與控制信號相接近。此外，電子設(shè)備也向外放射電磁波，因此很容易造成電子機(jī)器的誤動(dòng)作、圖象和聲音干擾。進(jìn)入80年代，電子機(jī)器的殼體大多采用塑料材料代替金屬。這是由于塑料作為殼體具有質(zhì)輕且強(qiáng)度高、耐腐蝕、易加工、生產(chǎn)效率高、總成本低等優(yōu)點(diǎn)。但是，塑料是絕緣體，對于電磁波來說，完全可以透過。因此，賦予塑料殼體電磁波屏蔽能力就成為一個(gè)有待研究的十分迫切的課題。目前，具體實(shí)施的屏蔽方法很多，大致分為在塑料表面形成導(dǎo)電層的方法和將導(dǎo)電性填料混入到塑料中制成導(dǎo)電塑料的方法兩種。不同的屏蔽方法各有其優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍，以往應(yīng)用較多的是鋅噴鍍和導(dǎo)電涂料法。近年來，導(dǎo)電塑料法引起了人們的興趣，這方面的研究報(bào)道很多，這是由于導(dǎo)電塑料法具有3個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn)：①無需二次加工；②屏蔽性與成型制品一次完成(省力、經(jīng)濟(jì))；③在長期使用過程中(如震動(dòng)、濕熱環(huán)境因素下)安全、可靠，不會(huì)像表面法那樣產(chǎn)生剝離和脫落現(xiàn)象。

EMI屏蔽塑料多以各種工程塑料為基材，使用的金屬填料主要是不銹鋼纖維，也有的使用黃銅短纖維、鋁片、鎳?yán)w維等。制成品的體積電阻為10-1-10-3Ω?cm，電磁波屏蔽效果為30-60分貝。碳纖維、特種導(dǎo)電炭黑雖然不是金屬填料，但其制成品也可在電磁波屏蔽場合應(yīng)用。當(dāng)一些制品在比較苛刻的使用環(huán)境中要求具有強(qiáng)度高、體積輕、壁薄、注射成型易流動(dòng)等特點(diǎn)時(shí)，就要采用碳纖維填充的材料，目前市售的高檔筆記本電腦、手機(jī)殼體材料即是PC／ABS合金。

黃銅短纖維填充的復(fù)合體系具有優(yōu)異的電磁波屏蔽效果，卻難以滿足實(shí)用化提出的阻燃、低比重、良好的制品外觀等要求；鎳及鍍鎳石墨纖維雖也具有優(yōu)異的電性能，但由于價(jià)格昂貴而限制了其使用性；碳纖維、特種導(dǎo)電炭黑填充的復(fù)合體系屏蔽效果較差，適用性受到限制；不銹鋼纖維的直徑一般為6―10μm，填加10％左右即可滿足實(shí)際應(yīng)用中要求的電性能，由于填加量少，因此對復(fù)合體系的物理機(jī)械性能影響較小，是理想的EMI屏蔽塑料填充材料。

國外金屬填充型導(dǎo)電塑料已形成工業(yè)化生產(chǎn)規(guī)模，這類材料的價(jià)格較為昂貴。國內(nèi)只有北京市化工研究院、中山大學(xué)、中科院、成都科技大等少數(shù)幾個(gè)單位對此開展了研究，但均沒有工業(yè)化生產(chǎn)。

三、發(fā)展展望

高分子材料代替金屬材料是今后材料學(xué)科領(lǐng)域的發(fā)展趨勢。由此帶來導(dǎo)電性聚合物的市場需求日益增長，其應(yīng)用領(lǐng)域逐步擴(kuò)大，這就必然對導(dǎo)電性聚合物提出更高的要求。對于結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電性聚合物來說，要想進(jìn)一步實(shí)用化，必須解決目前存在的下述主要問題：

(1)穩(wěn)定性欠缺

導(dǎo)電性高分子中的氧原子對水是極不穩(wěn)定的，這是防礙其實(shí)用化的最大問題。

(2)摻雜劑多是有毒的如AsF5、I2、Br2等。

(3)成型困難

導(dǎo)電聚合物主鏈中的共軛結(jié)構(gòu)使分子鏈僵硬，不溶不融，從而給自由地成形加工帶來困難。

(4)經(jīng)濟(jì)性差

其價(jià)格比金屬及普通塑料高，難以實(shí)用化。

對于復(fù)合型導(dǎo)電塑料來說，當(dāng)前需要著重研究的是金屬纖維填充的電磁波屏蔽材料，需

對于導(dǎo)電性聚合物的未來展望，最主要的是開發(fā)以下三種材料：①高導(dǎo)電性高分子；②有機(jī)太陽能電池；③有機(jī)超電導(dǎo)材料。

更為長遠(yuǎn)的課題是分子性薄膜和分子電子裝置。

第四篇：導(dǎo)電塑料的國內(nèi)外發(fā)展概況

導(dǎo)電塑料的國內(nèi)外發(fā)展概況

導(dǎo)電性高分子材料一般分為結(jié)構(gòu)型和復(fù)合型兩大類。結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子聚合物是1977年才發(fā)現(xiàn)的，它是有機(jī)聚合摻雜后的聚乙炔，具有類似金屬的電導(dǎo)率。而純粹的結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子聚合物至今只有聚氮化硫類，其它許多導(dǎo)電聚合物幾平均需采用氧化還原、離子化或電化學(xué)等手段進(jìn)行摻雜之后才能有較高的導(dǎo)電性。其代表性的產(chǎn)物有聚乙炔、聚對苯撐、聚吡咯、聚噻吩、聚吡啶、聚苯硫醚等。還有一種叫作熱分解導(dǎo)電高分子，這是把聚酰亞胺、聚丙烯腈等在高溫下熱處理，使之生成與石墨結(jié)構(gòu)相近的物質(zhì)，從而獲得導(dǎo)電性。這些熱分解導(dǎo)電高分子的特征是無須摻雜處理，故具有優(yōu)異的穩(wěn)定性。結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子材料的主要用途是導(dǎo)電材料、蓄電池電極材料、光功能元件、半導(dǎo)體材料，其研究開發(fā)主要集中在以T4個(gè)方面：①具有與金屬相同的電導(dǎo)率；②在空氣中是穩(wěn)定的；③具有高功能；④具有良好的加工成型性。

另一類被稱之為復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料，它是由導(dǎo)電性物質(zhì)與高分子材料復(fù)合而成。這是一類已被廣泛應(yīng)用的功能性高分子材料。本文主要介紹復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料。

一、復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料的分類及用途

復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料的分類有很多種，根據(jù)電阻值的不同可分為：半導(dǎo)電體、除靜電體、導(dǎo)電體、高導(dǎo)電體；根據(jù)導(dǎo)電填料的不同可分為：抗靜電劑系、碳系(炭黑、石墨等)、金屬系(各種金屬粉末、纖維、片等)；根據(jù)樹脂的形態(tài)不同可分為：導(dǎo)電塑料、導(dǎo)電橡膠、導(dǎo)電涂料、導(dǎo)電膠粘劑、導(dǎo)電薄膜等；還可根據(jù)其功能不同分為：防靜電材料、除靜電材料、電極材料、發(fā)熱體材料、電磁波屏蔽材料。本文主要介紹復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料中導(dǎo)電塑料的用途。

(1)在電子、電器領(lǐng)域中作集成電路、晶片、傳感器護(hù)套等精密電子元件生產(chǎn)過程中使用的防靜電周轉(zhuǎn)箱、IC及LCD托盤、IC封裝、晶片載體、薄膜袋等。

(2)防爆產(chǎn)品的外殼及結(jié)構(gòu)件，如：煤礦、油船、油田、粉塵及可燃?xì)怏w等場合中使用的電器產(chǎn)品外殼及結(jié)構(gòu)件。

(3)中、高壓電纜中使用的半導(dǎo)電屏蔽料。

(4)電訊、電腦，自動(dòng)化系統(tǒng)、工業(yè)用電子產(chǎn)品、消費(fèi)用電子產(chǎn)品、汽車用電子產(chǎn)品等領(lǐng)域中的電器產(chǎn)品EMI屏蔽外殼。

二、復(fù)合型導(dǎo)電塑料的國內(nèi)外發(fā)展概況

1、抗靜電劑填充型

抗靜電劑填充型產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)是制品著色不受限制，其中低分子型抗靜電劑對產(chǎn)品性能影響不大，其表面電阻率為1010-1013Ω。但低分子抗靜電劑填充型產(chǎn)品的電性能會(huì)隨著時(shí)間的推移而逐漸喪失。

國外目前的主要開發(fā)動(dòng)向是研制生產(chǎn)高分子型抗靜電劑，高分子型抗靜電劑亦可稱為永久性抗靜電劑，它不會(huì)像低分子型抗靜電劑那樣水洗后或長時(shí)間使用后便喪失其導(dǎo)電性。高分子型抗靜電劑的主要品種有：聚醚型、季氨鹽型、磺酸型、酸的接枝共聚物、離子型。主要生產(chǎn)廠家有日本的三洋化成、住友精化、住友科學(xué)工業(yè)、第一工業(yè)制藥，瑞士的汽巴精化、科萊恩，美國的威科、大湖等。高分子型抗靜電劑的添加量是低分子型抗靜電劑的5-15倍，同時(shí)還要考慮其與樹脂的相容性從而選擇適用的相容劑，因受到成本的制約使其應(yīng)用受到一定限制。國內(nèi)目前主要是低分子型抗靜電劑，代表性的廠家有杭州塑料研究所、北京市化工研究院等。

2、碳系填充型

這一系列的填充物主要是導(dǎo)電炭黑、石墨和碳纖維，制成品的體積電阻率為102-109Ω?cm。其中炭黑填充是主流，炭黑填充型導(dǎo)電聚合物之所以被廣泛采用，其一是因?yàn)閷?dǎo)電炭黑價(jià)格較為低廉；其二是因?yàn)樘亢谀芨鶕?jù)不同的導(dǎo)電性需求有較大的選擇余地，它的制成品的電阻值可在102-109Ω之間的寬廣范圍內(nèi)變化；其三是導(dǎo)電性持久、穩(wěn)定；因此是理想的抗靜電材料。但是它的制成品僅限于黑色，并對材料性能影響較大，需要配套改性技術(shù)。炭黑填充型導(dǎo)電塑料的主要用途是：

(1)與集成電路相關(guān)的領(lǐng)域 集成電路塊、場效應(yīng)管、晶體管等電子元器件在加工、裝配、包裝、運(yùn)輸?shù)壬a(chǎn)過程中，常常會(huì)因震動(dòng)、摩擦產(chǎn)生的靜電而損壞，甚至造成整臺機(jī)器的報(bào)廢。這些電子元器件對靜電的敏感程度小至100伏，大至上萬伏不等。幾百伏以至上千伏的靜電是非常容易產(chǎn)生的，有實(shí)驗(yàn)表明：人在低溫度環(huán)境中的干燥地毯上行走時(shí)，可產(chǎn)生5000伏的靜電，戴著橡膠手套與塑料容器接觸時(shí)，可產(chǎn)生6000伏的靜電，即使是不戴手套用手直接與塑料容器接觸，也會(huì)產(chǎn)生200伏的靜電。由此可見，在這一領(lǐng)域中防靜電、除靜電措施的重要。炭黑填充型導(dǎo)電塑料的電阻值可在102-109Ω間調(diào)節(jié)，完全可以滿足這類材料的防靜電、除靜電需求。其主要產(chǎn)品有：電子元器件在周轉(zhuǎn)、保管、搬運(yùn)過程中使用的周轉(zhuǎn)箱、托盤、支架、封裝等。

(2)醫(yī)療、煤礦、紡織等潔凈、易爆環(huán)境導(dǎo)電塑料在這些場合用作電器設(shè)備的外殼或結(jié)構(gòu)件。

(3)高壓電纜、通訊電纜領(lǐng)域近年來，隨著用電量的增加，使電纜朝著高壓化的方向發(fā)展。為使制造工程簡化，需要新的被覆構(gòu)造，即用導(dǎo)電塑料作半導(dǎo)電層。這是為了緩和導(dǎo)體表面電位梯度，防止導(dǎo)體與半導(dǎo)體問的部分放電。這類材料的體積電阻為100-104Ω?cm。

(4)面狀發(fā)熱體導(dǎo)電塑料還可以作為熱源被利用。這是利用在導(dǎo)電塑料上施加電壓，電流通過后電阻產(chǎn)生焦?fàn)枱崃康脑?，這類材料的體積電阻為100-104Ω?cm。

在國外，碳系填充型導(dǎo)電塑料已經(jīng)形成為一個(gè)十分成熟的市場，較大的生產(chǎn)廠商有美國的卡伯特公司、原聯(lián)碳公司、GE公司、3M公司等，日本的東芝化學(xué)、住友酚醛塑料是主要廠商，還有東麗、東洋油墨制造、東京油墨、日本合成橡膠、神戶制鋼所等，芬蘭的PREMIX，韓國的LG公司。

與工程塑料相比，導(dǎo)電塑料是一個(gè)很小的品種。關(guān)于電子設(shè)備用導(dǎo)電塑料的市場用量，據(jù)一份日文資料顯示，日本1996年用于便攜電子機(jī)器(筆記本電腦、手機(jī)等)的工程塑料為3500t，約為20億日元。目前對于上述產(chǎn)品的EMI屏蔽對策一般是采用無電解鍍、高頻離子電鍍、導(dǎo)電涂料、導(dǎo)電塑料，其表面加工費(fèi)用的水平分別為：40億日元、26億日元、3億日元、2億日元。芬蘭的PREMIX公司導(dǎo)電塑料生產(chǎn)量約為200t／a，據(jù)稱在歐洲占有很大的市場份額。在碳系填充的品種中用量較大的是用于中、高壓電纜的半導(dǎo)電層屏蔽料，國內(nèi)的市場需求約為數(shù)千噸，其中高壓電纜料基本依靠進(jìn)口。國內(nèi)碳系填充導(dǎo)電塑料業(yè)已形成工業(yè)化生產(chǎn)，但在品種、質(zhì)量穩(wěn)定性等方面與國外有較大差距。特別是與集成電路相關(guān)的導(dǎo)電塑料的工業(yè)化生產(chǎn)基本空白。目前使用的材料大部分為進(jìn)口。

3、金屬填充型

這類導(dǎo)電塑料主要用于電磁波屏蔽場合。近年來由于集成電路和大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字化電子機(jī)器已從工業(yè)用向民用品發(fā)展。為了提高處理能力，使用的電子線路和元件越來越集成微型化、高速化，其信號水平減小，這使從外部侵入的電磁波與控制信號相接近。此外，電子設(shè)備也向外放射電磁波，因此很容易造成電子機(jī)器的誤動(dòng)作、圖象和聲音干擾。進(jìn)入80年代，電子機(jī)器的殼體大多采用塑料材料代替金屬。這是由于塑料作為殼體具有質(zhì)輕且強(qiáng)度高、耐腐蝕、易加工、生產(chǎn)效率高、總成本低等優(yōu)點(diǎn)。但是，塑料是絕緣體，對于電磁波來說，完全可以透過。因此，賦予塑料殼體電磁波屏蔽能力就成為一個(gè)有待研究的十分迫切的課題。目前，具體實(shí)施的屏蔽方法很多，大致分為在塑料表面形成導(dǎo)電層的方法和將導(dǎo)電性填料混入到塑料中制成導(dǎo)電塑料的方法兩種。不同的屏蔽方法各有其優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍，以往應(yīng)用較多的是鋅噴鍍和導(dǎo)電涂料法。近年來，導(dǎo)電塑料法引起了人們的興趣，這方面的研究報(bào)道很多，這是由于導(dǎo)電塑料法具有3個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn)：①無需二次加工；②屏蔽性與成型制品一次完成(省力、經(jīng)濟(jì))；③在長期使用過程中(如震動(dòng)、濕熱環(huán)境因素下)安全、可靠，不會(huì)像表面法那樣產(chǎn)生剝離和脫落現(xiàn)象。

EMI屏蔽塑料多以各種工程塑料為基材，使用的金屬填料主要是不銹鋼纖維，也有的使用黃銅短纖維、鋁片、鎳?yán)w維等。制成品的體積電阻為10-1-10-3Ω?cm，電磁波屏蔽效果為30-60分貝。碳纖維、特種導(dǎo)電炭黑雖然不是金屬填料，但其制成品也可在電磁波屏蔽場合應(yīng)用。當(dāng)一些制品在比較苛刻的使用環(huán)境中要求具有強(qiáng)度高、體積輕、壁薄、注射成型易流動(dòng)等特點(diǎn)時(shí)，就要采用碳纖維填充的材料，目前市售的高檔筆記本電腦、手機(jī)殼體材料即是采用碳纖維填充的PC／ABS合金。

黃銅短纖維填充的復(fù)合體系具有優(yōu)異的電磁波屏蔽效果，卻難以滿足實(shí)用化提出的阻燃、低比重、良好的制品外觀等要求；鎳及鍍鎳石墨纖維雖也具有優(yōu)異的電性能，但由于價(jià)格昂貴而限制了其使用性；碳纖維、特種導(dǎo)電炭黑填充的復(fù)合體系屏蔽效果較差，適用性受到限制；不銹鋼纖維的直徑一般為6―10μm，填加10％左右即可滿足實(shí)際應(yīng)用中要求的電性能，由于填加量少，因此對復(fù)合體系的物理機(jī)械性能影響較小，是理想的EMI屏蔽塑料填充材料。

國外金屬填充型導(dǎo)電塑料已形成工業(yè)化生產(chǎn)規(guī)模，這類材料的價(jià)格較為昂貴。國內(nèi)只有北京市化工研究院、中山大學(xué)、中科院、成都科技大等少數(shù)幾個(gè)單位對此開展了研究，但均沒有工業(yè)化生產(chǎn)。

三、發(fā)展展望

高分子材料代替金屬材料是今后材料學(xué)科領(lǐng)域的發(fā)展趨勢。由此帶來導(dǎo)電性聚合物的市場需求日益增長，其應(yīng)用領(lǐng)域逐步擴(kuò)大，這就必然對導(dǎo)電性聚合物提出更高的要求。對于結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電性聚合物來說，要想進(jìn)一步實(shí)用化，必須解決目前存在的下述主要問題：

(1)穩(wěn)定性欠缺

導(dǎo)電性高分子中的氧原子對水是極不穩(wěn)定的，這是防礙其實(shí)用化的最大問題。

(2)摻雜劑多是有毒的如AsF5、I2、Br2等。

(3)成型困難

導(dǎo)電聚合物主鏈中的共軛結(jié)構(gòu)使分子鏈僵硬，不溶不融，從而給自由地成形加工帶來困難。

(4)經(jīng)濟(jì)性差

其價(jià)格比金屬及普通塑料高，難以實(shí)用化。

對于復(fù)合型導(dǎo)電塑料來說，當(dāng)前需要著重研究的是金屬纖維填充的電磁波屏蔽材料，需要解決的主要課題是：①減小比重；②使導(dǎo)電性均一；③降低成本；④改善外觀。

對于導(dǎo)電性聚合物的未來展望，最主要的是開發(fā)以下三種材料：①高導(dǎo)電性高分子；②有機(jī)太陽能電池；③有機(jī)超電導(dǎo)材料。

更為長遠(yuǎn)的課題是分子性薄膜和分子電子裝置。

第五篇：淀粉塑料研究現(xiàn)狀

畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）

淀粉塑料研究現(xiàn)狀

Starch plastics Research

班級 高聚物111 學(xué)生姓名 楊 振 學(xué)號 1132403127 指導(dǎo)教師 楊 昭 職稱 講師

導(dǎo)師單位 材料工程系 論文提交日期 2013年1月7日

淀粉塑料研究現(xiàn)狀

楊 振

徐工院高聚物111

徐州

221400

摘要：

發(fā)展淀粉降解塑料有利于節(jié)省石油資源、保護(hù)環(huán)境。國內(nèi)外這方面的研究較多, 并且在技術(shù)的實(shí)用性方面也取得了較大進(jìn)展。目前研究熱點(diǎn)集中在3 個(gè)方向: 淀粉與其它可生物降解高分子的直接填充;對淀粉表面修飾使其能與合成高分子相容;在淀粉與合成高分子體系中加入增塑劑。雖然淀粉基可生物降解塑料在綜合性能上還不能與合成高分子相比, 但由于淀粉的綜合優(yōu)勢, 淀粉基可生物降解塑料的研究和發(fā)展極具潛力。

關(guān)鍵詞：淀粉 降解塑料 環(huán)境污染 淀粉塑料

Starch plastics Research

Yang Chen The Xugong Institute polymer 111

Xuzhou

221400

Abstract：

Development of starch biodegradable plastic in favor of saving oil resources and protect the environment.More research in this area at home and abroad, and has made great progress in the practical aspects of the technology.Current research focus is concentrated in three directions: starch with other biodegradable polymer directly filled;modified starch surface so that it can be compatible with the synthetic polymer;adding plasticizers in starch and synthetic polymer systems.The starch-based biodegradable plastics in the overall performance can not be compared with the synthetic polymer, but great potential due to the comprehensive advantages of starch, starch based biodegradable plastics research and development.Key Words：Starch Degradable plastics

Environmental pollution

Starch plastics

引言

近10多年來，全球?yàn)閼?yīng)對石油資源日趨貧乏、油價(jià)不斷飛漲以及環(huán)境污染、氣候變暖日益嚴(yán)峻的資源、環(huán)境問題，引發(fā)了對可再生資源為原料的生物質(zhì)材料的極大關(guān)注。目前已產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的生物質(zhì)塑料主要包括兩大類，一類為以淀粉、植物纖維素等天然高分子為原料，經(jīng)改性后單獨(dú)或以不同比例與其它生物降解塑料或與普通塑料共混（或合金化），然后通過熱塑料性加工制得可完全生物降解或部分生物降解塑料，如淀粉基塑料。另一類為以淀粉、糖蜜等可再生資源通過微生物或基因工程直接合成生物降解塑料，如聚羥基烷酸酯（PHA）等；或以淀粉、秸稈等農(nóng)副產(chǎn)品為原料，通過發(fā)酵合成單體，再經(jīng)化學(xué)合成生物降解塑料，如聚乳酸（PLA）等。

淀粉基塑料是當(dāng)前技術(shù)較成熟、產(chǎn)業(yè)化規(guī)模較大、性價(jià)比較適中、市場占有率較高的一類生物質(zhì)塑料。其性價(jià)比可與普通塑料PE相比擬，有利于推向市場，這為堆肥化處理用垃圾袋提供了可再生、可持續(xù)發(fā)展和生物降解的選擇。

一、國內(nèi)外現(xiàn)狀分析

1、國外現(xiàn)狀

塑料制品應(yīng)用廣泛, 但廢棄物污染環(huán)境。國外于80 年代對塑料的生物降解開展了研究, 淀粉塑料的生物降解已開發(fā)成功并已工業(yè)化。

淀粉塑料分為兩大類型: 淀粉填充型生物降解塑料和全淀粉或基本全淀粉的生物降解塑料.前者是在普通塑料中加入淀粉或改性淀粉和其他添加劑制成, 后者以淀粉為主要原料, 添加少量其他助劑經(jīng)反應(yīng)制成。國外概況

淀粉塑料在美國和加拿大都已商品化, 玉米淀粉塑料的重要用途之一是生產(chǎn)垃圾袋, 它是由43 寫玉米淀粉和47 % 聚乙烯以及10 %各種助劑組成的。

2、國內(nèi)現(xiàn)狀

我國的地膜覆蓋栽培技術(shù)雖然在70 年代才開始推廣, 比國際上遲了20 年, 但發(fā)展迅速。19 8 0 年生產(chǎn)地膜0.25 萬t , 覆蓋面積16 67 公頃(2.5 萬畝), 1 9 9 1 年生產(chǎn)約50 萬t , 筱蓋面積達(dá)46 萬公頃(7 0 0 0 萬畝), 預(yù)計(jì)到2 0 0 0 年, 我國地膜覆蓋面積將達(dá)到6 67 萬~ 1 0 0 0 萬公頃(1 ~ 1.5 億畝)。地膜栽培技術(shù)推廣, 據(jù)測算可提高產(chǎn)量15 % ~ 20 % , 但由于地膜殘留于土壤中, 污染嚴(yán)重, 據(jù)對北京近郊調(diào)查, 使用多年地膜筱蓋的地上每畝殘留地膜竟達(dá)2 3 kg , 使小麥減產(chǎn)20 % , 其他作物的減產(chǎn)幅度為8.3 % 一54.2% 不等, 且其殘留膜纏繞在秸桿上被牲畜吃了患病甚至死亡。其他的塑料制品如快餐盒、塑料袋、各種容器殘留也到處可見。

二、淀粉的性質(zhì)及淀粉塑料降解分類

1、淀粉的基本性質(zhì)

天然淀粉的高分子鏈間存在氫鍵, 分子間作用力較強(qiáng), 因此, 溶解性差, 親水而不易溶于水, 且加熱不熔融, 300℃以后分解, 成型性能較差。為改善其加工工藝性能, 一般可通過打開淀粉鏈間的氫鍵, 使其失去結(jié)晶性的方法來完成。具體有兩種方法, 一種是加熱含水量大于90% 的淀粉, 在60~ 70 ℃ 間淀粉顆粒開始溶脹, 達(dá)到90℃以后淀粉顆粒崩裂, 高分子鏈間氫鍵被打開, 產(chǎn)生凝膠化;另一種是在密封狀態(tài)下加熱, 塑煉擠出含水量小于28%的淀粉。這種過程中淀粉可以熔融, 稱為解體淀粉或凝膠化淀粉。這種淀粉與天然顆粒狀淀粉不同, 因其加熱可塑, 故稱之為熱塑性淀粉。其實(shí), 解體淀粉與熱塑性淀粉是有區(qū)別的, 從根源上說二者的區(qū)別主要是前者仍然具有結(jié)晶狀的結(jié)構(gòu), 后者基本沒有這種結(jié)構(gòu)。圖1 淀粉的分子結(jié)構(gòu)

圖1淀粉的分子結(jié)構(gòu)

Fig.1 The molecular structure of starch 淀粉作為高分子物質(zhì), 其性質(zhì)自然與分子量、支鏈以及直支鏈兩種成分的比例有關(guān)。實(shí)驗(yàn)證明, 高直鏈含量的淀粉比較適合于制備塑料, 所得材料具有較好的機(jī)械性能。

2、淀粉塑料的分類

一般而言，依照其發(fā)展過程，淀粉降解塑料前后共經(jīng)歷了三個(gè)主要技術(shù)發(fā)展階段，分別為第一階段的填充型淀粉塑料、第二階段的淀粉基塑料和第三階段的全淀粉熱塑性塑料。

（1）填充型淀粉塑料：此階段的產(chǎn)品多由淀粉（約6~20wt%）與聚乙烯（PE）或聚丙烯（PP）等高分子的共混物制備，其最大缺點(diǎn)為產(chǎn)品的淀粉組成經(jīng)降解后會(huì)留下一個(gè)不能再降解的塑料聚合物，因此此類塑料亦被稱為淀粉填充型塑料或假降解塑料。

（2）淀粉基塑料：此階段的產(chǎn)品使用聚乙烯醇等親水性高分子與含量大于50%的淀粉高分子進(jìn)行共混制備，藉由淀粉高分子和親水性高分子間的物理和化學(xué)反應(yīng)，此類材料具有較優(yōu)異的生物可降解特性與可加工性，此類塑料亦被稱為生質(zhì)塑料。

（3）全淀粉熱塑性塑料：利用改性方式使淀粉高分子的結(jié)構(gòu)以無序化排列并具有熱塑特性，在淀粉含量90% 以上的前提下，于高溫、高壓和高濕條件下制備全生物可降解塑料，因此全淀粉塑料是真正完全可降解的塑料。此外，雖然所有的塑料加工方法均可應(yīng)用于淀粉塑料加工，但全淀粉塑料的加工卻需要少量的水與高分子加工添加劑做為增塑劑（如甘油），研究發(fā)現(xiàn)，在進(jìn)行全淀粉塑料加工時(shí)，添加20~30% 的水與甘油10~20% 當(dāng)作增塑劑為最適宜條件。

三、淀粉塑料的性能

1、生物可分解特性

全淀粉熱塑性塑料含有80% 的淀粉，其制作過程中額外添加的各類助劑亦具有生物可降解性，因此全淀粉塑料能在使用完后，于短時(shí)間內(nèi)被光或微生物完全降解，全淀粉塑料經(jīng)降解后生成二氧化碳和水，不會(huì)對環(huán)境造成任何污染。

2、熱塑可加工特性

具有熱塑特性的淀粉就像聚乙烯或聚丙烯等泛用塑料一樣，可以重復(fù)進(jìn)行塑化加工，全淀粉熱塑性塑料可透過剪切速率的調(diào)節(jié)來調(diào)整黏度，以優(yōu)化其加工性能，透過傳統(tǒng)塑料的成形加工技術(shù)（如擠出、吹塑、流延、注塑等），可以得到各種淀粉塑料制品，淀粉生質(zhì)合膠亦為近年來研究之主流。此外，研究顯示，其機(jī)械物性如拉伸強(qiáng)度約為8~10Mpa、拉伸長度約為150~200%，可以滿足一般塑料制品的需求；而以此類淀粉為基材之熱可塑性高分子易受到來源種類與增塑劑所影響，如高直鏈淀粉因其結(jié)晶度較低，以及增塑劑對材料物性嚴(yán)重下降而影響其加工性，是故材料篩選與來源規(guī)格控管于此領(lǐng)域格外重要。

3、高經(jīng)濟(jì)價(jià)值

全淀粉熱塑性塑料其原料成本較傳統(tǒng)塑料低約20%，也較生物可分解塑料（如PLA 或PHB 等）減少50%以上，極具市場競爭力。

淀粉塑料的物理性質(zhì)如表1

表1 淀粉塑料的物理性質(zhì)

Tab.1 Physical properties of pure starch plastic

性能

指標(biāo) 薄膜密度/(g·cm-3)

1.15 薄膜厚度/mm

0.4 光澤度/%

拉伸強(qiáng)度/MPa

7~10 斷裂伸長率/%

180~260 撕裂強(qiáng)度/(N·mm-1)

四、淀粉塑料存在的問題

1、填充型塑料的降解性為達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)

填充型塑料的降解性能尚不能完全達(dá)到滿意的程度。大部分所謂的可生物降解淀粉塑料都是部分失重、裂成碎片, 雖然有菌落生長和力學(xué)性能降低等特征, 但均不能說明產(chǎn)品完全消失。尤其在淀粉填充型塑料中的PE、PVC 等均不能短時(shí)間內(nèi)降解。因此該類產(chǎn)品應(yīng)歸屬在淘汰行列。

2、價(jià)格不具有競爭力

國內(nèi)外公認(rèn)降解塑料比同類塑料產(chǎn)品的價(jià)格高50%以上, 其中能完全降解的高4~ 8 倍。

3、綜合性能不高

淀粉基塑料力學(xué)性能一般可以與同類應(yīng)用的傳統(tǒng)塑料相比, 但其綜合性能不令人滿意。主要缺點(diǎn)是含淀粉的塑料耐水性都不好, 濕強(qiáng)度差, 遇水后力學(xué)性能顯著降低, 而耐水性好是傳統(tǒng)塑料在使用過程中的主要優(yōu)點(diǎn)。在不同場合使用時(shí)也產(chǎn)生不同問題, 如主要在列車上使用的光/ 生物降解聚丙烯餐盒與聚苯乙烯泡沫餐盒相比, 顯出質(zhì)軟、裝熱食品易變形, 因而實(shí)用性較差。而且這種餐盒比較費(fèi)原料, 每個(gè)餐盒重量比聚苯乙烯泡沫塑料餐盒重1~ 2 倍。

4、評價(jià)方法不一致

由于生物降解塑料的發(fā)展較晚也較快, 各國都正在建立健全生物降解塑料的評價(jià)方法。由于世界各地的氣候、土壤等自然因素迥異, 致使評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)很難在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到統(tǒng)一。

五、淀粉塑料的發(fā)展

開發(fā)全淀粉熱塑性塑料最常使用的方式即是針對天然淀粉進(jìn)行物理處理或化學(xué)處理，經(jīng)過處理后的淀粉高分子除具備優(yōu)異的熱塑加工性與自然降解特性之外，也帶有傳統(tǒng)塑料樹脂的優(yōu)異物理性質(zhì)，與原來的淀粉基塑料比較，其優(yōu)點(diǎn)有：

（1）綠色環(huán)保素材經(jīng)全分解后形成二氧化碳及水；（2）經(jīng)適當(dāng)改性與高分子加工可下游產(chǎn)業(yè)之需求；（3）價(jià)格優(yōu)勢，淀粉取之自然、量多且來源充足，因此全淀粉熱塑性塑料的成本低于淀粉基塑料和傳統(tǒng)塑料。

我們也應(yīng)看到，生物降解塑料的潛在市場是巨大的，目前適于使用降解塑料的包裝、農(nóng)用制品及一次性塑料用品約占塑料總產(chǎn)量的30%，全世界降解塑料市場估計(jì)為4 000萬t，我國則為300萬t，因而大家都希望完全降解塑料盡快工業(yè)化生產(chǎn)。

國內(nèi)外眾多科學(xué)家仍在不斷努力，隨著技術(shù)不斷進(jìn)步，現(xiàn)在已有多種完全降解的降解塑料問世，而且在進(jìn)一步完善，而國內(nèi)則研究甚少，有些還是空白，我們必須加強(qiáng)對真正完全降解的塑料研究。

阻礙它發(fā)展的首要問題是成本。就目前問世的完全降解塑料品種而言，成本降低可能性最大的要數(shù)全淀粉塑料，因?yàn)椴还苋绾?，它所需的原料淀粉是可再生資源，其單位價(jià)格遠(yuǎn)比傳統(tǒng)塑料原料低，更不說與現(xiàn)在合成的可降解樹脂比了。

現(xiàn)在對于可降解塑料的定義逐漸清晰化。所謂可降解塑料就是必需在廢棄后短期內(nèi)能百分之百降解為無害物質(zhì)(如CO2和H 2O)的塑料。上文所述的淀粉直接填充型塑料不能完全降解, 因此它不能算作真正意義上的可降解塑料。降解塑料的研究還不成熟, 在發(fā)展過程中出現(xiàn)問題和爭議是可以理解的。可降解塑料總體的發(fā)展趨勢為: 根據(jù)不同用途,開發(fā)準(zhǔn)時(shí)可控性環(huán)境降解塑料;開發(fā)高效價(jià)廉的各種功能性助劑, 進(jìn)一步提高準(zhǔn)時(shí)可控性、用后快速降解性和完全降解性;加強(qiáng)對全淀粉塑料(熱塑性淀粉塑料)的研究;加速研究和建立系統(tǒng)的降解塑料的講解實(shí)驗(yàn)評價(jià)方法和標(biāo)準(zhǔn)。作為可降解塑料的一個(gè)重要發(fā)展分支的全淀粉型塑料的發(fā)展優(yōu)勢在于: 淀粉在一般環(huán)境中就具備完全可生物降解性;降解產(chǎn)物對土壤或空氣不產(chǎn)生毒害;開拓淀粉新的利用途徑可促進(jìn)農(nóng)業(yè)發(fā)展。但是全淀粉塑料研究的程度不深, 顯然這方面仍然有巨大的研究空間。

結(jié)論

淀粉塑料的開發(fā)應(yīng)用，其主要優(yōu)點(diǎn)是集實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性于一體，其原料來自可年年再資源，作為日益減少的石化資源的補(bǔ)充替代，對于擺脫對石化資源的長期依賴、緩解石化資源的供求矛盾有著十分重要的作用，也是當(dāng)今各國尋求可再生資源替代不可再生資源，確保經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的主要方向；另外，當(dāng)前低碳經(jīng)濟(jì)已成為全球瞻目的熱點(diǎn)和不可抗拒的發(fā)展潮流，淀粉基塑料垃圾袋作為PE塑料垃圾袋的替代品，每年可實(shí)現(xiàn)相當(dāng)可觀數(shù)量的碳減排。未來有機(jī)會(huì)逐步取代傳統(tǒng)不可分解塑料之產(chǎn)品，減少塑料廢棄物造成的白色污染及焚化處理時(shí)生成的廢氣污染。參考文獻(xiàn)

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致謝

大學(xué)生活一晃而過，回首走過的歲月，心中倍感充實(shí)，當(dāng)我寫完這篇畢業(yè)論文的時(shí)候，有一種如釋重負(fù)的感覺，感慨良多。首先誠摯的感謝我的論文指導(dǎo)老師-------老師，她在忙碌的教學(xué)工作中擠出時(shí)間來審查、修改我的論文。還有教過我的所有老師們，你們嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的作風(fēng)一直是我工作、學(xué)習(xí)中的榜樣；他們循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪。感謝三年中陪伴在我身邊的同學(xué)、朋友，感謝他們?yōu)槲姨岢龅挠幸娴慕ㄗh和意見，有了他們的支持、鼓勵(lì)和幫助，我才能充實(shí)的度過了三年的學(xué)習(xí)生活。