新型降解功能添加剂的结构设计、制备与作用机理研究

由于巨大的学术价值和环境保护的需要，生物降解塑料正成为国内外研究和开发的热点。本项目以聚烯烃为基体，采用溶胶-凝胶技术制备一种具有高效降解功能的聚氧乙烯（PEO）/纳米二氧化钛添加剂（PEO/TiO2），通过合理的结构设计和优化制备一系列新型的基于光催化氧化-生物降解特性的环境降解塑料，深入研究降解添加剂结构与塑料降解时控性的关系，重点研究纳米TiO2的PEO改性对提高塑料降解活性的相互作用关系。通过多种现代测试技术和研究手段，研究PEO/TiO2助氧化添加剂的加速降解过程，并跟踪预降解后塑料在环境及堆肥条件下生物降解的全过程，实时监测塑料结构和性能的变化，揭示真实的降解作用机制，建立该类塑料降解添加剂的时控降解图谱。本项目研究可拓宽塑料降解功能添加剂的应用范围，为新型塑料生物降解添加剂的设计合成与产品开发提供新的思路和理论指导，具有重要的学术价值和环境保护效益。

氧化-生物降解技术是解决废弃塑料污染环境的有效手段之一，目前已成为降解塑料的研究热点。本项目创新性地以纳米TiO2为光催化氧化剂，对其进行与聚合物（聚氧乙烯PEO或聚乙二醇PEG）共混、表面接枝聚丙烯酰胺（PAM）的亲水化改性，并与低密度聚乙烯（LDPE）通过熔融共混挤出吹塑的成型工艺制备了具有高效、时控的光氧化-生物降解复合薄膜。系统研究了PEG（PEO）的分子量以及PAM的接枝率对复合薄膜光氧化-生物降解性能的影响，并通过添加不同含量的受阻胺类光稳定剂（HALS）实现复合薄膜降解时控性。深入探讨了纳米TiO2的亲水改性对提高塑料降解活性的相互作用关系，揭示真实的降解作用机制。本项目较好地完成了预期的目标，获得了重要的实验结果和相关成果如下：（1）添加亲水性聚合物改性的纳米TiO2能提高其在LDPE基体中的分散性及亲水性，使TiO2在LDPE薄膜中具有很高的光催化氧化降解活性，在UVA340的紫外光加速降解条件下，LDPE/PEO(PEG)/TiO2复合薄膜光照370 h后，薄膜的失重率可达85.4%，重均分子量可下降94.2%，断裂伸长率下降可达96.0%，这些预氧化降解后薄膜性能的显著下降均有利于后续的生物降解。（2）光氧化降解后的薄膜碎片在土壤微生物及堆肥条件下具有良好的生物降解活性，堆肥45天后，矿化率可达到3.2%，与文献报道的研究结果相似。（3）添加不同含量光稳定剂（HALS）能使复合薄膜获得60 h~1450 h的稳定期，使得薄膜在使用期稳定，废弃后迅速降解，实现降解时控性。（4）获得了亲水剂（PEO、PEG及PAM）改性纳米TiO2提高薄膜降解活性的作用机制，建立了该类塑料降解添加剂 (PEO/TiO2) 的时控降解图谱。（5）该项目发表相关论文11篇，其中SCI、EI收录5篇，申请发明专利2项，培养研究生2名。