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Chapter 7

Chapter 7. 高分子材料. Outline. 第一節　高分子材料與生態環境　 第二節　高分子材料生命週期評估 第三節　生態型高分子材料　　　 第四節　高分子材料的循環再生　. 第一節　高分子材料與生態環境. 合成高分子材料廢棄物對生態環境的破壞表現在以下幾個方面： 1. 體積龐大 2. 海洋污染 3. 土壤污染 4. 大氣污染 5. 破壞景觀. 第二節　高分子材料生命週期評估. 介紹 LCA 使用例和評估方法： 一、APME和日本塑膠處理促進協會對主要塑膠的LCI比較

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Presentation Transcript

  1. Chapter 7 高分子材料

  2. Outline • 第一節　高分子材料與生態環境　 • 第二節　高分子材料生命週期評估 • 第三節　生態型高分子材料　　　 • 第四節　高分子材料的循環再生　

  3. 第一節　高分子材料與生態環境 • 合成高分子材料廢棄物對生態環境的破壞表現在以下幾個方面： 1.體積龐大 2.海洋污染 3.土壤污染 4.大氣污染 5.破壞景觀

  4. 第二節　高分子材料生命週期評估 • 介紹LCA使用例和評估方法： 一、APME和日本塑膠處理促進協會對主要塑膠的LCI比較 • 表7-1為APME和日本塑膠處理促進協會對主要塑膠的LCI比較

  5. 第二節　高分子材料生命週期評估 二、熱塑性塑膠材料循環再生LCA • 再生塑膠的品質和性能很難與原塑膠相同。可能影響品質的原因有以下幾方面： 1.即使是同種原料，由於分子結構不同，其性能也有差異。 2.由添加劑和顏料造成性能的變化。 3.由於再生造成品質的下降。 4.由於複合其他材料而混入雜質。 • 圖7-1塑膠循環再生LCA模式

  6. 第二節　高分子材料生命週期評估 二、熱塑性塑膠材料循環再生LCA (cont.) • 將圖7-1簡化成圖7-2塑膠循環再生LCA簡單模式 • 循環再生成立的條件為 • 循環再生系統和參照系統的環境負荷相等時的SF稱為臨界SF值（SFc） • 式（7-1）可以寫成

  7. 第三節　生態型高分子材料 一、聚苯乙烯（PS）的生態設計 • 觸媒分散型聚苯乙烯的製造（見圖7-3） • 表7-2為聚苯乙烯催化熱裂解物組成 • 聚乙烯和聚丙烯加入固體酸觸媒也可以得到類似效果

  8. 第三節　生態型高分子材料 二、可分解高分子材料 1.生物可分解高分子材料 • 生物可分解高分子材料目前研究的有天然高分子材料；微生物合成高分子材料；化學合成高分子材料 2.光分解高分子材料 • 共聚合型: 光分解可以藉由一氧化碳含量控制 • 添加型: 聚合物中添加能吸收紫外線輻射的化合物，可產生自由基或紫外線激化能傳給聚合物，使聚合物分解

  9. 第三節　生態型高分子材料 三、節能型高分子材料 • 泡沫塑膠用於保溫、保冷，被稱為節能高分子材料 • 主要種類為聚氨酯硬質泡沫材料、聚氨酯軟質泡沫材料、聚苯乙烯和聚乙烯泡沫材料 • 依循CFC→含氫氟氯碳化物（HCFC）→氫氟烴（HFC）→烴類（HC）發展 • 逐步達到「零臭氧層破壞物質（ODP）」和「低地球暖化潛勢（GWP）」的泡沫塑膠生產

  10. 第三節　生態型高分子材料 四、功能性高分子材料 1.離子交換樹脂 • 表7-5　離子交換樹脂的主要用途 2.高分子膠凝劑 • 應用在水和污水中顆粒物質的聚集 3.高吸水樹脂 • 高吸水樹脂對生態環境具有貢獻 4.高分子分離膜 • 表7-6為高分子分離膜種類與應用 • 表7-7為各種海水淡化方法的能耗比較

  11. 第四節　高分子材料的循環再生 一、塑膠的循環再生 1.回收樹脂的性能和改性 • 圖7-4 為塑膠循環再生的方法分類 • 圖7-5為原料樹脂（70）／再生樹脂（30）處理次數和殘存物組成百分比 • 圖7-6為聚碳酸酯（PC）和高密度聚乙烯（HDPE）的原料樹脂（a）、原料樹脂和再生（50 / 50）的混合樹脂（b）、再生樹脂（c）的耐候暴露試驗結果

  12. 第四節　高分子材料的循環再生 一、塑膠的循環再生(cont.) 2.高分子材料廢棄物的分離和預處理 • 最簡單和最經常使用的分離方法是人工分離 3.化學方法循環再生 • 使高分子發生化學反應，生成低分子量產物或進行高分子化學反應，可分類如下： (1).解聚回收原料單體 (2).用化學分解反應回收單體 (3).以化學方法循環再生為前提的高分子合成反應 (4).交聯結構的高分子材料化學方法循環再生 4.熱裂解循環再生或能源回收方法 • 高分子材料熱值見表7-8 • 表7-9為廢塑膠粉燃燒廢氣成分。

  13. 第四節　高分子材料的循環再生 二、橡膠的循環再生 • 廢輪胎回收利用方法見圖7-7 1.廢橡膠的直接利用 • 翻新輪胎是經過修補重新利用的方法 2.廢橡膠的加工利用 包括以下兩類： (1).再生膠 廢橡膠經由物理或化學方法處理，將廢橡膠的交聯空間網狀結構破壞，使重新具有硫化能力 (2).膠粉 廢橡膠經過粉碎後得到的粉末可以與再生膠一樣，代替一部分生膠或填料使用

  14. 第四節　高分子材料的循環再生 二、橡膠的循環再生(cont.) 3.廢橡膠的化學循環再生 超臨界流體分解技術（SCF）是在發展中的方法，溶劑在高壓、高密度下提取，減壓可高效率地得到產物

  15. 第四節　高分子材料的循環再生 二、橡膠的循環再生(cont.) 3.廢橡膠的化學循環再生(cont.) SCF法主要優點如下： 1.碳回收容易。 2.輪胎中聚合物95%可以轉換成為芳烴，產品附加價值高。 3.不需要脫硫設備，硫黃以ZnS形式在殘渣中回收。 4.溶劑可全部回收。 5.氣體生成量5%以下。 6.採用溶劑，使壓縮用能耗低。 7.熱裂解和SCF法處理條件和產物回收率比較見表7-10。

  16. 第四節　高分子材料的循環再生 四、廢橡膠直接燃燒 • 廢輪胎發熱量約為3,150∼3,550kJ/kg，直接燃燒是目前最為經濟有效的回收方法 • 用廢輪胎焙燒水泥使用比率逐年增加，原因是橡膠的高發熱量、燃燒殘渣可以全部利用，及污染可以減輕

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