20世紀下半葉以來,高分子材料的科技進步給人類帶來了巨大的物質文明,高分子材料應用領域之普及、覆蓋麵之廣,可以用無處不在、無時不在來形容,其在能源、信息、工業、農業、交通運輸、宇航技術乃至生命科學等國民經濟的各個領域中發揮著不可替代的作用。與此同時,大量廢棄的高分子材料嚴重影響了人們生活生存的環境。加上作為高分子材料主要原材料來源的石油資源的日漸枯竭,因高分子材料所引發的環境、資源問題日趨嚴重。如何合理地利用現有的資源,引導這個行業健康地發展,就成為擺在每個科技工作者麵前的一項緊迫任務。高等學校相關專業擔負著培養本行業高級技術人才的重任,理應承擔起肩負的社會責任。新的發展形勢要求我們不僅要培養高分子材料的生產者和高分子製品的製造者,而且要培養廢舊高分子材料的回收者和利用者,因此,在本教材中設置這部分內容就是要有意識地培養學生的環保意識與資源意識。
8.1.1高分子材料與環境
1900 年, 全球塑料的產量和消費量隻有2 萬t。20世紀80年代起,高分子材料得到大規模生產,其中早先占主要地位的熱固性樹脂如酚醛樹脂、環氧樹脂和不飽和聚酯的地位已變得次要, 由聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)和聚烯烴領軍的熱塑性樹脂已呈現出領導地位, 聚烯烴已占據了世界塑料消費量的50%。世界熱塑性塑料產能到1995年上升到超過1億噸, 預計到2015年將達到3億t左右,其體積相當於20億t鋼材。
產量的增加是消費量上升刺激的結果。隨著高分子材料在各行各業的普遍應用,其消費量不斷攀升。
由於發展水平的不同,塑料的消費量在世界各個地區和國家的分布很不平衡。
世界塑料的產能與消費量與世界經濟發展水平相一致。發達國家和地區的產量和消費量都遠遠高於其他國家和地區。同時,發達國家和地區的廢塑料產生量也是最高的。美國是世界塑料生產大國。據統計,2000年,美國年生產塑料3400餘萬t,產生廢舊塑料超過1600萬t。日本是塑料生產第二大國,20世紀80年代,其年均廢舊塑料排放量占生產量的46%。德國每年有20萬t的PVC垃圾。意大利的廢舊塑料約占城市固體廢棄物的4%。2000年,我國塑料製品的年產量已經突破1200萬t,並以13%的年增長速度高速發展,廢舊塑料的總量也將急劇增長,我國每年產生的廢棄塑料量約為500萬t左右。2005年,中國塑料消費量接近4000萬t,僅按地膜、塑料袋、快餐盒等一次性用途占10%比例計算,一年的廢棄量也達400萬t。目前世界合成樹脂的產量已達2億t,大量消費後塑料的處理問題已成為當今地球環境保護的熱點。
高分子廢棄物的相對分子質量高達數萬至數十萬,靠自然降解往往需要幾十至上百年。僅就地膜而言,直接埋入地下可形成阻隔層,使耕層土壤透氣性降低,阻礙作物根係發育和對水分、養料的吸收,從而使土壤嚴重劣化。據專家測算,若每畝地殘留塑料廢棄物3.9kg,可使玉米減產11%~23%,小麥減產9%~16 %,大豆減產5.5%~9%,蔬菜減產14.5%~59.2%。此外,殘棄地膜到處飄刮,不僅汙染環境,而且被牛、羊等牲畜誤食而造成腸梗阻和死亡的例子也不乏其數。目前,我國地膜覆蓋麵積已超過467萬公頃,這使我國適種地區向北推移了2°~4°(地理緯度),向高山地區推移了500~1000m海拔高度。所以,人們稱它是繼化肥、種子之後農業上的第三次革命,也稱為“白色革命”。但是,過去的工作重點一直是推廣地膜的應用,乃至現在,關於地膜的回收問題仍然沒有解決好,甚至在有的地方變成了“白色汙染”,這對我國農業的長期發展是不利的。城市的高分子廢棄物主要來自於塑料包裝。由於我國沒有實行嚴格的垃圾分類製度,再加上城市人口密度較大,因此,由廢棄的塑料包裝所造成的環境汙染和資源浪費相當嚴重。