光解聚合物

光解聚合物光照下能自行降解的聚合物。典型代表为乙烯和一氧化碳共聚物，一氧化碳含量约0.5%～2.0%。用此种共聚物制的薄膜或容器，废弃后能自行光降解，光照下，与一氧化碳相连的碳-碳键断开，分子量变小乃至最后崩溃。

发展过程光解聚合物的生产技术在20世纪80年代已经成熟，合成的光降解聚合物主要是烯烃，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类产品。例如，美国和加拿大合作开发的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。不仅可以使塑料具有光降解性，并且可以调节乙烯基酮的含量来控制光降解的时间。光降解塑料的发展动向，主要是兼顾稳定性和可分解性，使产品具有最佳的综合性能。美国DOW化学公司、杜邦公司和联合碳化物公司等联合规模化生产了乙烯-一氧化碳共聚物、乙烯-乙烯基酮共聚物等。加拿大Guillet用烯类单体与乙烯基酮共聚，生成了一系列的光降解聚烯类树脂(含羧基的PE、PS、PP、PVC、PET和PA等)。美国生物降解塑料公司在PS树脂中加入蒽醌生产出了名为BIO-Degradable Concentrate光降解塑料。日本积水化学公司在PS树脂中加入二苯甲酮光敏剂而得到名为Eslen的光降解塑料。我国福州塑料研究所、福建师范大学、中科院上海有机化学研究所、长春光机所等对光降解塑料也有广泛研究，并有批量生产。但光降解型塑料只适用于日照时间长、光照充足的地区使用，应用范围狭窄；另一方面，光降解塑料的主要成分是难以完全降解的聚烯烃类树脂，且一些光敏剂为重金属物质，很难达到环保要求。因此，从20世纪90年代开始，纯光降解塑料的产量逐年下降。1

分类光解聚合物是指在太阳光(主要是紫外线，波长200-400nm)的照射下，引起光化学反应而使大分子链断裂和分解的塑料。其研发工作始于20世纪70年代，可简单地分为合成型和添加型两类。

合成型光解聚合物是通过共聚反应在塑料的高分子主链上引入羰基等感光基团而赋予其光降解特性的，并可以通过调节光敏基团的含量来控制光降解活性。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类为光敏单体与烯烃类单体共聚，可合成含羰基结构的聚乙烯( PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)等光降解聚合物。一般来讲，通过调节PE分子链上引入羰基的含量来控制乙烯/一氧化碳(E/CO)共聚物的使用寿命。室外暴露试验表明，在PE中引入0.5%的羰基时，E/CO共聚物在2-3个月内被降解；引入2%-3%时，E/CO共聚物在一个月内被降解。

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剂，然后制成光降解塑料制品。在紫外线作用下，光敏剂可解离成具有活性的自由基，进而引发聚合物分子链断裂使其降解。常用的光敏剂有过渡金属络合物、多环芳香族碳氢化合物等，用量1% -3%（质量分数）。过渡金属络合物包括氧化物、金属盐、有机金属化合物、硬脂酸盐等，如乙酰丙酮化合物、二硫代氨基甲酸化合物、二茂铁化物等，光敏化强度取决于过渡金属种类，一般强度顺序为Co>Be>Zn>Ni，乙酰丙酮化钴光敏化作用很强。其降解塑料不经暴晒也能快速脆化。多环芳香族碳氢化合物如蒽醌、菲等具有敏化聚烯烃塑料的光降解能力，当含有这些化合物的塑料在阳光中暴晒时，化合物中被激发的三线态氧能够把过剩氧传递给基态氧，使其成为高活性单线态氧，或者把能量传递给塑料分子中的羰基或不饱和基团，使得这些基团发生光氧化作用而被降解。1

光降解过程光降解是指塑料聚合物在吸收紫外线等辐射能后，形成电子激发态而产生光化学过程使聚合物破坏，若在大气环境中，聚合物往往还要同时受到氧的影响，同时发生光氧化反应。光解聚合物的整个光降解过程可分为三个阶段。

①诱导期。光解聚合物的性能和普通塑料一样，抗张强度、韧性、冲击强度等均保持稳定，诱导期的长短与所使用的抗氧化剂和稳定剂等助剂量大小、材料厚度、地区气候等有关。

②光降解期。在这个阶段，聚合物塑料迅速发生光催化、氧化反应，不断地脆化、碎化。在光解聚合物脆化时，用红外光谱仪可测到相当高浓度的羰基混合物，如羧酸和酯等，而且随着光照时间的延长，羰基的浓度增加很快。

③彻底矿化期。在助氧剂存在下，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，被逐步侵蚀，最后彻底转化为二氧化碳和水。2

用途光解聚合物主要用在包装材料和农业生产方面。作为包装材料（特别是一次性使用的食品包装袋、饮料瓶等）使用的塑料制品大多使用光降解塑料，如Ecolyte系列树脂、Plastigone树脂等制成的包装用品，这些包装用品用过后可在自然环境中被光降解，故其废物不会造成环境污染。

光解聚合物制成的农用地膜与非降解塑料地膜作用一样，具有保温、保湿，减少土壤中养分流失和控制光照时间，防止杂草生长和虫害发生，保持土壤的疏松性等作用。使用光解聚合物地膜还会防止由于使用非降解塑料地膜而对环境和土壤造成的不良影响，如含羰基结构的PE和PVC、Ecolyte树脂、Plastigone树脂等制成的光降解塑料地膜，它们都将最终降解成二氧化碳和水，不会对环境造成污染。2

本词条内容贡献者为:

刘玉峰 - 副教授 - 辽宁大学