一、橡塑的组成成份:
橡胶(塑料主体)
助剂:硫化剂、促进剂、防老剂、增塑剂、脱模剂、填充剂、阻燃剂。
填充物质:碳黑
补强材料
其化助剂
改善加工的助
二、橡胶塑料成份分析的应用范围:
橡胶塑料:三元乙丙橡胶、氯丁橡胶、异戊橡胶、顺丁橡胶、丁基橡胶、特种橡胶
硅胶
热弹性体:橡胶改性的塑料
其它特殊功能性橡胶
三、橡胶塑料成份分析的检测标准:
ASTM E1252-98(2013)e1《高分子材料主成分定量分析》GB/T 7764-2001《橡胶鉴定 红外光谱法 》
凝胶渗透色谱
1、熔融指数测定仪:主要用来测量塑胶材料加工时的流动性;指单位时间,指定压力、温度下熔化成塑料流体,然后通过一定直径的圆管流出的质量。其值越大,表示该塑胶材料的加工流动性越佳,反之则越差。
2 凝胶渗透色谱(GPC):测量高分子的分子量。
3 差示扫描量热仪(DSC):检测样品本身的热物理性质随温度或时间的变化,主要可以探究高分子材料的玻璃化转变温度。这个是塑料和橡胶使用的最主要参数之一。
4 动态热机械分析仪 (DMA):测试材料机械性能和黏弹性能的重要方法,例如热塑性材料、热固性树脂、弹性体等等。
采用不同变形模式中的一种(弯曲、拉伸、剪切与压缩)对样品定期施加应力。测量模量与时间或温度的函数,并且能提供相变信息。可以测量高分子材料模量、玻璃化转变温度等性质。
5 热机械分析(TMA):通过热机械分析进行简便可靠的热膨胀系数测定。除了提供样品的膨胀系数外,TMA也能够测试DSC不能明显检测到的玻璃化转变,如高纤维添加量的材料。
其他还有万能力学试验机(测各种机械性能,如拉伸、压缩)、维氏硬度机、扫描电子显微镜(看微观形貌)、
流变仪(转子型、椎板型,不同仪器的测不同的流变学性质)、X射线光电子能谱技术(XPS)(看表面元素分析)、显微镜(观察高分子晶型等等)、小角激光光散射(看高分子结晶情况)、核磁共振仪(分析化学结构)、
傅里叶红外(化学结构)、电阻仪(高分子导电性)、原子力显微镜、椭偏仪(测折射率和薄膜厚度)、表面张力测试仪(高分子材料表面亲疏水性)
橡胶配方化学成分分析:
1、橡胶配方化学成分分析
橡胶(塑料主体)
助剂:硫化剂、促进剂、防老剂、增塑剂、脱模剂、填充剂、阻燃剂。
填充物质:碳黑
补强材料
其化助剂
橡胶配方化学成分分析标准:
ASTM E1252-98(2013)e1《高分子材料主成分定量分析》GB/T 7764-2001《橡胶鉴定红外光谱法》
GB/T 9722-2006《化学试剂气相色谱法通则》ISO 7270-2005《橡胶热解气相色谱分析法》
ASTM D5630-2013《塑料中灰分含量的标准试验方法》EPA 6010C-2007《电感耦合等离子体原子发射光谱法》
GB/T 17359-2012《电子探针和扫描电镜X射线能谱定量分析通则》
在我们生活中,无论是食品还是日用品。其包装都会有一个标志,那就是成分分析。成分分析说明该物品的所含的各类成分的比例。这样有效地向人们展现,某些人群对某些含量成分不适用和过敏。从而避免了使用该物品后产生的不良反应。除此之外,成分分析还向人们展现使用该物品出现暂时反应属正常反应,让人们使用后不必慌张。
在世界范围内, 高分子材料的制品属於最年轻的材料它不仅遍及各个工业领域, 而且已进入所有的家庭, 其产量已有超过金属材料的趋势, 将是 21 世纪最活跃的材料支柱 高分子材料是有机化合物, 有机化合物是碳元素的化合物除碳原子外, 其他元素主要是氢、氧
在世界范围内, 高分子材料的制品属於最年轻的材料它不仅遍及各个工业领域, 而且已进入所有的家庭, 其产量已有超过金属材料的趋势, 将是 21 世纪最活跃的材料支柱
高分子材料是有机化合物, 有机化合物是碳元素的化合物除碳原子外, 其他元素主要是氢、氧、氮等碳原子与碳原子之间, 碳原子与其他元素的原子之间, 能形成稳定的结构碳原子是四价, 每个一价的价键可以和一个氢原子键连接, 所以可形成为数众多的、具有不同结构的有机化合物有机化合物的总数已接近千万种, 远远超过其他元素的化合物的总和, 而且新的有机化合物还不断地被合成出来这样, 由於不同的特殊结构的形成, 使有机化合物具有很独特的功能高分子中可以把某些有机物结构(又称为功能团)替换, 以改变高分子的特性高分子具有巨大的分子量, 达到至少1 万以上, 或几百万至千万以上, 所以, 人们将其称为高分子、大分子或高聚物高分子材料包括三大合成材料, 即塑料、合成纤维和合成橡胶(未加工之前称为树脂)
面向21 世纪的高科技迅猛发展, 带动了社会经济和其他产业的飞跃, 高分子已明确地承担起历史的重任, 向高性能化、多功能化、生物化三个方向发展21 世纪的材料将是一个光辉灿烂的高分子王国
现有的高分子材料已具有很高的强度和韧性, 足以和金属材料相媲美, 我们日用的家用器械、家具、洗衣机、冰箱、电视机、交通工具、住宅等, 大部分的金属构造已被高分子材料所代替工业、农业、交通以及高科技的发展, 要求高分子材料具有更高的强度、硬度、韧性、耐温、耐磨、耐油、耐折等特性, 这些都是高分子材料要解决的重大问题从理论上推算, 高分子材料的强度还有很大的潜力
在提高高分子的性能方面, 最重要的还是制成复合材料第一代复合材料是玻璃钢, 是以玻璃纤维和合成树脂为粘合剂制成它具有重量轻、强度高、耐高温、耐腐蚀、导热系数低、易於加工等优良性能, 用於火箭、导弹、船只和汽车躯体及电视天线之中其后, 人们把玻璃纤维换成碳纤维, 其重量更轻, 强度比钢要高3~5 倍, 这就是第二代的复合材料如果改用芳纶纤维, 其强度更高, 为钢丝的5 倍高性能的高分子材料的开拓和创新尚有极大的潜力科学家预测, 21 世纪初, 每年必须比目前多生产1500~2000 万吨纤维材料才能满足需要, 所以必须生产大量的合成纤维材料, 而且要具有更轻型、耐火、阻燃、防臭、吸水、杀菌等特性有许多新型纤维, 如轻型空腔纤维、泡沫纤维、各种截面形状的纤维、多组份纤维材料等纷纷被研制出来, 人们可指望会有耐静电、耐脏、耐油, 甚至不会沾灰的纤维材料问世这些纤维材料将用於宇航天线、宇航反射器、心脏瓣膜和人体大动脉
高分子功能材料, 在高分子王国里是一片百花争艳的盛景由於高分子的功能团能够替代, 所以只要采用极为简便的方法, 就可以制造各种各样的高分子功能材料常用的吸水性材料, 如棉花、海绵, 其吸水能力只有本身重量的20 倍, 在挤压时, 已吸收的大部分水将被挤出来而用淀粉和丙烯腈制成的高分子吸水材料, 它不仅能吸收自身重量数百倍到上千倍的水, 而且受到挤压也不会挤出水来人们可以期望, 将高吸水性的高分子材料制成能将化学能转变成机械能的装置, 以及具有类似於肌肉的功能或制造测量仪器在微电子工业的光刻集成块工艺, 常用的光刻胶(又称光致抗蚀材料), 就是能使高分子相连接一种功能团, 光照射时会起化学反应, 使其溶解度降低或提高应用这种光刻胶制备集成块, 可以使集成块的线宽达到01 到001 微米(1p毫米), 只有用其他工艺制成的集成块的线宽的1/10 到1/100, 是适合於21 世纪的电子计算机的主要元件mm微细元件的开关光刻胶并能用於各种精细加工, 如半导体元件, EP 刷线路板, 金属板膜或表面的精细加工、玻璃、陶瓷的精细刻蚀、精密机械零件加工等
高分子功能材料应用在信息工程方面, 已经生产了光电导摄影材料、光信息记录材料、光mm能转换材料, 并都已进入实用阶段
像"当代摩西神树"的离子交换树脂的高分子功能材料也发展很快, 许多高分子离子交换膜、高分子反渗透膜、高分子气体分离膜、高分子透过蒸气膜等都在化学工艺的筛分、沉淀、过滤、蒸馏、结晶、萃取、吸附等过程中获得应 用, 而且分离结果优於其他方法, 可节约大量能量日本的制盐工业早已用离子交换膜去代替盐田和电解食盐工艺利用反渗透膜对有机化工、酿造工业的三废进行处理, 可回收胺、酯、醇、醚、酮、酚等重要有机化合物气体分离膜对不同气体的透过率和选择性不同, 可以利用这一性质从混合气体中选择分离某种气体, 如从空气中富集氧, 从合成氨中回收氢, 从天然气中收集氦, 还可以制备一种水下呼吸器(人工鳃), 它是直接从海水中提取氧的潜水装置, 人类可望能长期生活在海水中, 进入海龙王的宫殿, 分享海龙王海底宁静的幸福生活的梦想可变成现实还有各种信息转换膜、反应控制膜、能量输送膜等正在研制阶段一种富有吸引力的生物膜也正在研究之中生 物膜具有奇特的性能, 不仅能主动起能量、信息、物质的传递作用, 还能参加光合作用及有机物质的生命合成等生命活动这就是21 世纪的高科技的一颗明珠, 摘取这颗明珠需要有极大的勇气和百折不挠的精神
高分子功能材料的另一极为重要的发展就是用於催促化学反应, 这类高分子功能材料被称为高分子催化剂早在本世纪40 年代, 人们已经使用一种叫交联磺化聚苯乙烯的离子交换树脂作催化剂, 用於化学反应的各个过程, 如水解、缩合、聚合等尔后, 这类高分子功能材料发展很快, 高分子金属络合物催化剂接着问世, 它能够在化学反应中加速捕捉金属离子, 实现金属化合物的迅速分离, 在工业生产和工业分析上是一种十分重要的方法还有高分子金属催化剂, 是促进化合物中金属离子迅速完成化学反应的材料, 它已获得了成功的应用自然界存在一种最有效的催化剂, 称为酶这一类高分子材料像酶一样有很强的催化作用, 称为人工合成酶酶是由氨基酸组成的蛋白质高分子化合物, 它是生物体内各种生物化学反应的高效催化剂, 是性能最优异的天然的高分子功能材料现在, 各种人工合成酶已经研制成功并逐步投入应用, 其种类越来越多, 科学家根据酶的作用原理试图模仿应用於化学工业的催化剂, 在化学工业上进行一场革命它可以制作进行化工生产, 可以充分利用再生的生物资源, 以摆脱传统的以石油系列为主要原料的合成工艺, 而且还可用酶的催化原理, 避开传统的合成工艺中的高温, 高压的条件, 在各种物质混合的状态下, 有选择地使特定物质发生化学反应, 使反应物能够不加分离地连续反应至生产出最终产物这样, 生物反应器将会改变化工企业高塔林立的传统面貌, 不仅能节约能源, 改善工作环境, 同进还可以广开化工资源, 消灭废水、废气和废料(又称三废), 使建立无污染的理想化学工业成为可能例如天门冬酰胺酶制成的中性树脂的前景就非常光明
高分子材料在医学和生命科学上的应用已有很长的历史, 但是依靠着高科技的进步, 近期来这个领域的发展令人惊讶, 人工心脏瓣膜、人工肺、人工肾、人工血管、人造血液、人工皮肤、人工骨骼、人工关节, 从研制迅速成功到不断完善, 并且已付诸使用高分子材料制作的手术器械、医护用品已不计其数
高分子材料生物化的最大特色就是控制人的健康和生命, 利用不带药剂性的高分子与其他药剂合成的高分子药剂, 可大大改善治疗效果, 这一类药剂人体易於吸收, 毒性和副作用小如引起恶心、全身不适等不良反应的抗癌药, 把它们高分子化, 其效果就大大改善, 像抗癌药芳庚酚酮和甲基丙烯酸结合为高分子, 其效果更佳另一类高分子药物, 本身就有很高的药效, 如合成的聚乙烯吡咯烷酮, 就可以作为血浆的代用品商品化的聚醚与聚氨酯合成的高分子药物与血浆蛋白质中的白蛋白的亲和力特别高, 相处很融洽, 是一种解决人体血凝的医用高分子材料
纵观上述, 高分子已经成为21 世纪材料科学中强有力的支柱, 高分子材料的发展在21 世纪将会取得更大的成就
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1、塑料:PET、PE(包括HDPE和LDPE)、PP、PS、PVC、PC、ABS、EVA、EPS、尼龙、薄膜、电线电缆、母粒、其他塑料材料改性材料及制品等。
2、橡胶:SBS、NBR、EPDM、天然乳胶枕头、轮胎、牛筋橡胶 氢化丁腈、硅橡胶、氟橡胶、丁基橡胶、天然胶 丁苯橡胶、氯丁橡 甲苯 胶橡胶 丁腈、三元乙丙 加布橡胶 纤维橡胶 加丝胶 再生橡胶其他橡胶材料及制品等。
3、胶粘剂:丙烯酸、聚氨酯、环氧胶、热熔胶、灌封胶、硅橡胶、密封胶、压敏胶、防水胶、UV胶、天然胶、橡塑胶水及其他胶水等。
4、涂料:建筑涂料、汽车涂料、防腐漆、船舶漆、电子电器涂料、家具涂料、艺术涂料、铸造涂料、丙烯酸漆类、聚氨酯漆类等。
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在人类社会5000年发展的漫长岁月中,人们虽然天天与天然高分子材料打交道,但是对它们的科学本性却一无所知,不知道棉、麻、丝、木材、淀粉等等都是天然高分子化合物。直到20世纪初期,经过施陶丁格等一些化学家们的共同努力,才彻底改变了这个局面。 高分子化学是高分子科学的三大领域之一,它包括高分子化学、高分子物理和高分子工艺。高分子化学是研究高分子化合物的合成、化学反应、物理化学、物理、加工成型、应用等方面的一门新兴的综合性学科。
高分子化学包括塑料、合成纤维、合成橡胶三大领域。如今,建立了颇具规模的高分子合成工业,生产出五彩缤纷的塑料、美观耐用的合成纤维、性能优异的合成橡胶。高分子合成材料,金属材料、和无机非金属材料并列构成材料世界的三大支柱。 合成高分子的历史不过90年,所以高分子化学真正成为一门科学今年整整80年,但它的发展非常迅速。目前它的内容已超出化学范围,因此,现在常用高分子科学这一名词来更合逻辑地称呼这门学科。狭义的高分子化学,则是指高分子合成和高分子化学反应。
人类实际上从一开始即与高分子有密切关系,自然界的动植物包括人体本身,就是以高分子为主要成分而构成的,这些高分子早已被用作原料来制造生产工具和生活资料。人类的主要食物如淀粉、蛋白质等,也都是高分子。只是到了工业上大量合成高分子并得到重要应用以后,这些人工合成的化合物,才取得高分子化合物这个名称。
后来,经过研究知道,人工合成的高分子和那些天然存在的高分子,在结构、性能等方面都具有共同性,因此,就都叫做高分子化合物。工业上或实验室中合成出来的称为合成高分子,一般所说的高分子,大都指合成高分子,天然存在的高分子简称天然高分子。
顾名思义,高分子的分子内含有非常多的原子,以化学键相连接,因而分子量都很大。但这还不是充足的条件,高分子的分子结构,还必须是以接合式样相同的原子集团作为基本链节(或称为重复单元)。许多基本链节重复地以化学键连接成为线型结构的巨大分子,称为线型高分子。有时线型结构还可通过分枝、交联、镶嵌、环化,形成多种类型的高分子。其中以若干线型高分子,用若干链段连接在一起,成为巨大的交联分子的称为体型高分子。
从高分子的合成方法可以知道,合成高分子的化学反应,可以随机地开始和停止。因此,合成高分子是长短、大小不同的高分子的混合物。与分子形状、大小完全一样的一般小分子化合物不同,高分子的分子量只是平均值,称为平均分子量。
决定高分子性能的,不仅是平均分子量,还有分子量分布,即各种分子量的分子的分布情况。从其分布中可以看出,在这些长长短短的高分子的混合物中,是较长的多还是较短的多,或者中等长短的多。
高分子具有重复链节结构这一科学概念,是德国著名化学家H施陶丁格
(Hermann Staudinger 1881—1965)在1922年提出的,但没有得到当时化学界一些人的赞同。直到30年代初,通过了多次实践,这一概念才被广泛承认。正确概念一经成立,就使高分子有飞跃的发展。当时链式反应理论已经成熟,有机自由基化学也取得很大的成就。三者的结合,使高分子合成有了比较方便可行的方法。
实践证明,许多烯类化合物,经过有机自由基的引发,就能进行链式反应,迅速地形成高分子。由20世纪30年代初期到40年代初期,许多现在的通用高分子品种,都已按此方法投入工业生产。在1935年卡罗瑟斯又发现用缩聚方法合成高分子,研制成功聚酰胺,人们称为尼龙。后来,为了合理的加工和有效的应用,高分子结构和性能的研究工作逐渐开展,使高分子成为广泛应用的材料。同时,一门新兴的综合性学科——高分子科学——从40年代下半期开始,蓬勃地发展起来。
高分子科学可以分为高分子化学(狭义的)、高分子物理和高分子工艺学三部分。高分子化学又分为高分子合成、高分子化学反应和高分子物理化学。高分子物理研究高聚物的聚集态结构和本体性能。高分子工艺学又分为高聚物加工成型和高聚物应用。
高分子虽然分子量很高,但是它们所具有的官能团,仍然与一般小分子有机化合物有一样的反应性能。但其反应性能受两种特有因素的影响:高分子是长链结构,这个长链是曲曲折折的蜷曲形。有规则的蜷曲(折叠)形成晶态,无规则的蜷曲形成非晶态;高分子的分子与分子堆砌在一起。有规则的堆砌形成规整的晶态排列;无规则的堆砌形成非晶态。规整结构中分子排列紧密,试剂不易侵入,官能团不易起反应;不规整结构中分子排列疏松,试剂容易侵入,官能团容易起反应。
天然高分子的化学转化,早在19世纪就为人们所研究和利用。1845年舍恩拜因就发现纤维素可以硝化,成为硝酸纤维素。1865年许岑贝格尔把纤维素乙酰化成为醋酸纤维素。粘胶人造丝的生产也是通过纤维素的化学变化来实现的。
高分子的化学反应,有些是破坏性的,例如高分子光降解、高分子热降解、高分子氧化等。它们使高分子材料老化,性能变坏,以致最后不能使用。但不少反应是有用的,甚至是重要的高分子合成方法,例如橡胶硫化成为具有弹性的橡皮;纤维素黄化,制成粘胶纤维;聚乙酸乙烯酯先水解成聚乙烯醇,再与甲醛缩合,纺成的纤维即维轮;高分子先转化成自由基,再与另一单体形成接枝共聚物;两种高分子链段用化学方法连接起来,成为嵌段共聚物。此外,还可以把某些元素或基团先接到高分子上去,再进行化学反应,反应后还可解脱,以完成某些分离、分解和合成工作,例如高子交换树脂、固定化酶、多肽、某些激素甚至蛋白质的合成等等。
高分子链结构包括链节的化学结构,链节与链节连接的化学异构和立体化学异构、共聚物的链节序列、分子量及分子量分布,以及分子链的分支和交联结构。
在适当情况下,这些结构相同的链节,正如许多相同的小分子可以整齐地排列起来成为晶体一样,也可以局部折叠起来成为片状结晶态,称为片晶。片晶又可以堆砌成球状,称为球晶。在高分子的分子与分子之间,相同的链节也可排列成为片晶,片晶再堆砌成为球晶或其他晶态;那些未折叠起来的一部分分子是非晶态的。非晶态部分也有一定的结构。小分子化合物,要么是结晶的,要么是非晶态的;而高分子化合物,则可以一部分是晶态结构,另一部分是非晶态结构。
高分子链结构是一级结构;孤立高分子链,即稀溶液中高分子的形态,如无规线团、螺旋、双螺旋、刚性棒或椭球等是二级结构;三级结构指高聚物分子聚集态结构,即分子链与分子链之间的堆砌。聚集态结构随着加工成型方法的不同而有所不同。具有聚集态结构的高分子,称为高聚物。
多数线型高分子,可以在相应的溶剂中溶解,形成溶液。高分子溶液是真溶液,而不是以前所认为的胶体溶液。高分子是长链结构,在流动时能相互阻滞,因此高分子溶液是粘稠的。一般情况下,分子链愈长,粘度愈大。当光束通过高分子溶液时,由于高分子比较大,可以发生光的散射,分子愈大,散射愈强。
高分子远比溶剂分子重,在超高速离心下,高分子的移动比溶剂分子快,扩散比溶剂分子慢。分子量愈大,这些区别愈明显。利用这些高分子溶液性能,可以测定高分子的分子量。研究高分子溶液,除了能测定分子量及其分布以外,还可从溶液的各种性质推测高分子的形态结构等。
高分子与小分子不同,具有强度、模量,以及粘弹、疲劳、松弛等力学性能,还具有透光、保温、隔音、电阻等光学、热学、声学、电学等物理性能,由于具有这些性能,高聚物可作为多种材料应用。高聚物的结构与加工成型的方法有关。因此,要取得高聚物的优良性能,必须采用适当的加工成型方式,使它形成适当的结构。例如,成纤的高聚物,在纺丝以后必须在特定温度下进行牵伸取向,才能达到较高强度。
高聚物作为材料使用,主要可分塑料、纤维和橡胶等,都需要加工成一定的形状方可使用。此外,用做分离、分析材料的离子交换树脂,在聚合过程中就可制成可使用的球形颗粒;用做油漆涂料的高聚物,只须溶在适当溶剂中,就可使用,无须加工成型。
高分子生产的迅速发展,说明了社会对它的需要量的迅速增加。高分子材料首先用作绝缘材料,用量至今还很大,特别是新型高绝缘材料。例如涤纶薄膜远比云母片优越;硅漆等用作电线绝纺漆,与纱包绝缘线不可相提并论。由于种种新型、优异的高分子介电材料的出现,电子工业以及计算机、遥感等新技术才能建立和发展起来。
高分子作为结构材料,在代替木材、金属、陶瓷、玻璃等方面的应用日新月异。在农业,工业和日常用途上,它的优点很多,如质轻、不腐、不蚀、色彩绚丽等,用于机械零件、车船材料、工业管道容器、农用薄膜、包装用瓶、盒、纸,建筑用板材、管材、棒材等等,不但价廉物美,而且拼装方便。还可用于医疗器械,家用器具,文化、体育、娱乐用品,儿童玩具等,大大丰富和美化了人们的生活。
合成纤维的优越性,如轻柔、不绉、强韧、挺括、不霉等,也为天然纤维棉、毛、丝、麻等所不及。尤其重要的是它们不与粮食争地,一个工厂生产的合成纤维,可以相当上百万亩农田所能生产的天然纤维。天然橡胶的生产,受地区的限制,产量也不能适应日益增长的要求。但合成橡胶不受这种限制,而且其各个品种各有比天然橡胶优良之处。
一般认为高分子材料强度不高、耐热不好,这是从常见的塑料得到的印象。现在最强韧的材料,不是钢,不是钍,不是铍,而是一种用碳纤维和环氧树脂复合而成的增强塑料。耐热高分子,已经可以长期在300摄氏度下使用。
特别应当提起的是,在航天技术中,火箭或人造卫星壳体从外部空间回到大气层时,速度高,表面温度可达5000~10000摄氏度,没有一种天然材料或金属材料能经受这种高温,但增强塑料可以胜任,因为它遇热燃烧分解,放出大量挥发气体,吸收大量热能,使温度不致过高。同时,塑料不传热,仍可保持壳体内部的人员和仪器正常工作和生活所需要的温度。好的烧蚀材料,外层只损坏了3~4厘米,即可保全内部,完成回地任务。
不过高分子材料也有不少弱点,必须开展研究加以克服。比如易燃烧,大量使用高分子材料时,防火是一个大问题,必须使高分子不易燃烧,才能安全使用;易老化,不经久。用作建筑材料,要求至少有几十年的寿命;用于其他方面,也须有耐久性。大量使用高分子材料时,作为废物扔掉的高分子垃圾,不被水溶解和风化,不受细菌腐蚀,如不处理就会越积越多,成为严重公害。必须设法使高分子材料在使用后能适时分解消失。
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