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       聚乙烯是由幾千至幾萬(wàn)個(gè)乙烯小分子均聚或與少量1-烯烴共聚生成的線性高分子化合物，其降解特性受重復(fù)單元、分子鏈結(jié)構(gòu)、凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)三個(gè)結(jié)構(gòu)層級(jí)的共同影響，主要包括分子鍵強(qiáng)度、分子鏈長(zhǎng)度、分子親/疏水性、分子結(jié)晶度等方面。

       聚乙烯結(jié)構(gòu)單元（-[CH₂-CH₂]_n-）的C-C、C-H 鍵理化性能穩(wěn)定，需要較高的能量或作用力才可發(fā)生分子鍵斷裂；且相對(duì)分子質(zhì)量大、分子鏈長(zhǎng)、鏈段結(jié)晶度高、疏水性強(qiáng)，難以與生物及化學(xué)物質(zhì)接觸或進(jìn)入微生物體內(nèi)代謝分解。因此，在自然條件下的降解過(guò)程非常緩慢，大約需要300多年時(shí)間。

       我們的核心技術(shù)生態(tài)塑料母料主要有4種成分構(gòu)成：（1）具有可見(jiàn)光催化氧化降解和熱催化氧化降解功能的成分，如金屬Fe的有機(jī)化合物等；（2）具有紫外光催化降解功能的成分，如納米TiO₂等；（3）具有助氧化降解功能的成分，如檸檬酸等；（4）普通塑料基體成分。

       在生態(tài)塑料母料的催化作用下，通過(guò)以下4個(gè)化學(xué)反應(yīng)步驟，實(shí)現(xiàn)了聚乙烯的快速氧化分解。①鏈引發(fā)，聚乙烯分子鍵在受到機(jī)械力或光、熱等能量作用時(shí)斷裂生成高活性自由基；②鏈增長(zhǎng)，高活性自由基在有氧條件下迅速反應(yīng)生成過(guò)氧基或氫過(guò)氧基等中間產(chǎn)物；③鏈轉(zhuǎn)移，含不穩(wěn)定過(guò)氧自由基或氫過(guò)氧自由基的化合物發(fā)生分子鍵斷裂生成含羰基化合物，見(jiàn)下圖1。

（圖來(lái)自農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)）

圖1 聚乙烯分子氧化降解過(guò)程示意圖證明

       ④鏈終止，含羰基化合物通過(guò)Norrish Ⅰ型反應(yīng)生成醛、羧酸、酯類等化合物，或者通過(guò)兩次NorrishⅡ型反應(yīng)生成酮羰基，見(jiàn)下圖2。

（圖來(lái)自農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)）

圖2 羰基基團(tuán)氧化降解過(guò)程示意圖證明

       由于反應(yīng)過(guò)程中生成氧化反應(yīng)自身的引發(fā)劑，因此聚乙烯循環(huán)氧化反應(yīng)過(guò)程是一個(gè)自動(dòng)加速鏈反應(yīng)，其中的最重要產(chǎn)物是氫過(guò)氧化物，見(jiàn)下圖3。

（圖來(lái)自農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)）

圖3. 自動(dòng)加速鏈循環(huán)反應(yīng)示意圖證明

       這一過(guò)程不斷循環(huán)進(jìn)行，使聚乙烯分子量不斷降低并使親水性的含氧基團(tuán)含量不斷提高。隨著分子量的降低和親水含氧基團(tuán)的增多，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橛H水性的小分子碳?xì)溲踅Y(jié)構(gòu)。生物降解過(guò)程則是在此基礎(chǔ)上，微生物逐漸將親水性的小分子分解，轉(zhuǎn)化為水、二氧化碳和微生物有機(jī)質(zhì)，實(shí)現(xiàn)完全生物分解，見(jiàn)下圖4。

圖4 生態(tài)塑料的生物降解實(shí)驗(yàn)證明