降解塑料：塑材发展的重中之重

永恒的爱 · 发表于 2012-4-23 18:27:55

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塑料一经问世，即被人们广泛应用到了几乎所有领域。在塑料应用促进了工农业生产发展的同时，也带来了严重的“白色污染”问题。塑料不能自行“腐烂”，塑料薄膜长期存在于田间，不仅妨碍耕作，也破坏土壤自身的水肥及微生物平衡，对农作物生长造成不利影响。发达国家对使用后的塑料曾采用过掩埋、焚烧和回收利用等方法进行处理，也都存在着不足。从2O世纪7O年代开始，很多科学家为解决白色污染问题，纷纷投入了“绿色”塑料即可降解塑料的研制。“绿色塑料”泛指能够自行降解和再利用、不污染环境的塑料。具体说，就是在一定使用期限内具有与普通塑料制品同样的功效，又能与自然环境同化的一类聚合物。因为它对解决白色污染问题具有重大意义，所以被称为“绿色塑料”。目前，科学家研制绿色塑料工作进展迅速，已经取得了众多令人称道的实用成果。

一、降解塑料国内外的发展状况

上世纪70年代，世界掀起了塑料降解研究的热潮，我国从80年代开始，尤其是90年代以来对塑料降解的研究，也有过巨大的热情。国内外的各种研究，都做了很多有益的探索，无论是从改善环境，还是从高分子物类的转移、节约资源和增加新的物资资源等方面，都有极其重要的意义。

降解塑料的研究开发起源于欧美，兴盛于80年代。特别是近十多年来，降鹪塑料的发展极为迅速，是各国重点研究和发展的新材料。当时，美国随着塑料废弃物在城市固体废弃物中的比重不断增加，社会舆论对塑料垃圾在填埋和焚烧处理中出现的问题甚为关注，环保呼声日益强烈，作为对付环境问题挑战的对策，美国一些公司把“生物降解塑料”纷纷推向市场。其中美国NOVON公司为世界上最大的降解塑料公司，企业总投资1亿美元，很快生产出取代传统产品的可降解塑料农地膜、包装袋、垃圾袋及可降解的一次性快餐盒、饮料杯、矿泉水瓶等，用途十分广泛。其产品除覆盖美国大部分地区外，还外销加拿大、南美及欧洲各国。自1983年起，丹麦、荷兰、美国、英国、法国、日本、比利时、以色列、意大利和德国等发达国家，在限制或禁止使用非降解塑料制品的同时，都作出相关规定，制定出实施降解塑料的时问表。欧共体也于1991年提出，到1997年已全部停止使用非降解塑料制品。

目前世界上只有美国、英国、意大利和日本能生产完全降解塑料，但产品售价是普通塑料产品的6倍到8倍，无法进入产业化和实际应用。

二、降解塑料欧盟美日研发领先

近年来，随着世界各国对环境保护的日益关注，生物降解塑料成为各国科研的主要课题。欧美日等发达国家在生物降解塑料研究开发方面，投入了大量的资金，各国以光降解和生物降解为技术路线，做了大量的基础研究工作，加快了产业化步伐，以图在未来的市场竞争中抢占主导地位。据报道，目前欧美各公司生物降解塑料包装材料的研制开发有了快速发展，丰富了绿色包装市场。目前，英国在超市中已开始大量推广使用淀粉系列、聚乳酸系列可生物降解的购物袋及食品包装袋，每年消费量可达200亿个。使用降解高分子材料是减少高分子材料污染的有效途径之一，世界各国正在竭力开展研究和开发工作，并推广其应用，前景十分广阔。

目前，国际上生物可降解塑料的发展较为迅速。美国已有40多家公司生产可降解塑料，其产品已广泛应用于食品包装领域，如将乳酸进一步聚合制成生物可降解塑料；意大利利用玉米淀粉生产生物可降鹪塑料，年生产能力达3万吨。美、法、意等国已垄断数十亿美元的国际市场，国外再生塑料制品中使用量较大的有PE牛奶包装容器?ET瓶以及其它各种塑料包装容器。

在英国举办的生物降解塑料展会上，生产公司要求制定包装材料和农膜有关政策和税制优惠措施。今后生物降解塑料(已二酸／三醇／对苯二甲酸)，商品名“Ecoflex”，生产能力将不断扩大。Eastmao公司生产共聚酯系生物降解塑料，商品名“Faster—Bio”，用于Roquefl公司的淀粉基食品用托盘，制品正在德国市场进行应用开发中。

此外，英国一公司已成功地用玉米合成了生物降解塑料，作为天然高分子有植物和动物两种来源。属于前者的如各种纤维素、半纤维素和木质素等；属于后者的如明胶、甲壳素、朊乙酰化甲壳素和壳聚糖等。目前的重点是把天然高分子接枝在合成高分子上，如可把直链淀粉、纤维素与聚氨酯相接枝，明胶与丙烯酰乙酯的共聚、淀粉与聚乙烯的接枝等。另外，美国NATICK研究所用壳聚糖和壳多糖为主要原料，加入第三组份进行共聚，加工所得的半透明薄膜具有一般塑料的强度，在土壤中经几周时问，即可分解。

德国巴斯夫公司“Eeoflex”的生物降解塑料，年产业化能力为3万吨；荷兰Rodenburg Biopolymers公司正成为欧洲生物降解塑料市场的新龙头，其年生产能力已达到4万吨；Ga呼Ⅱ一Dow公司是目前世界生物降解塑料产业化生产规模最大的公司，主要生产聚乳酸系列的生物降解塑料，现已建成年产14万吨的生产规模。

意大利Noramont公司生产淀粉基生物降解塑料，商品名称“MaterBi”，2003年年产能力为20吨，生物降解塑料市场规模为12万吨。主要用途为包装材料、堆肥袋、卫生用品、一次性餐具、农用地膜等，市场规模到2004年为120吨。

美国Cargill Dow公司开发出聚乳酸系生物降解塑料，商品名为“Nature Worke”。在2005年底建成了年产140吨规模的能力，成为世界生物降解塑料工业化生产规模较大的公司。Frathshell公司生产的复合涂层体系的生物降解塑料，原料为淀粉、再生纤维素、生物降解聚合物等。Dupeont公司生产聚酯系生物降解塑料，商品名“Biomax”。Frsthshell公司和McDonald公司拟采用Biomax作为容器的表面涂层，正在共同开发中。En—riron—mental Prodnct公司开发PVA水溶性降解塑料，用于薄膜、注塑品、堆肥袋等包装材料。澳大利亚Constatial公司开发淀粉／低分子量PVA系生物降解甥料，目前处于中间试验中。

美国WiUow Ridge Plastics公司和CE Biofilms公司宣称已开发出高质量、低成本降解母料，可使聚乙烯(PE)聚丙烯烃(PO)载体中加入专用添加剂母料即可使聚烯烃产品9个月至5年内完全生物降解，制品成本价格与普通LDPE和PP相当。

ECM公司出售拥有专利的生物降解添加剂，这一添加剂利用LDPE作为载体制成母料，在制品生产中添加量为1％，根据降解的环境不同，PE和PP产品在9个月至5年内即可完全生物降解。ECM母料的活性成份引发一系列的类似作用，使聚烯烃混料掩埋或像垃圾一样处理后，在一定的时间内降解。

日本三洋Mavic媒体公司成功开发了一种光盘，这是世界上首次采用商品化聚乳酸生物降解塑料生产的光盘，在通常使用条件下，其耐用性与当前使用的聚碳酸酯光盘在同一水平上。三洋已经为这种光盘开发了新型压制和精确成型技术，一根玉米棒可制成1O张光盘，计划最初支持三种类型的光碟：音乐CD，CD—R．OM和VCD。

日本玉米淀粉公司同美国合资建立淀粉系列生物降解塑料工厂，年生产规模2万吨。日本化学品公司“Iacea”的生物降解树脂，在2002年已达到3万吨规模，昭和高分子公司的化学合成脂肪族聚酯产业，年规模将达到1O万吨。

光降解塑料在美国主要用于制备光降解农用塑料、垃圾袋、塑料包装袋、一次性购物袋以及提拉环等；在西欧，光降解塑料主要用于生产垃圾袋、一次性购物袋、农用薄膜以及光降解型工业包装材料等。生物降解塑料在美国主要用于生产垃圾袋、购物袋以及一些农用薄膜等；在西欧，生物可降解塑料主要用于洗发液瓶、垃圾袋以及一些一次性商品购物包装袋等。但就目前技术水平而言，似嫌过分夸张宣传，认为采用这些可降解材料就可以解决“白色污染”显然是不恰当的，因为这些产品的应用性能并不理想，还存在很多问题。

三、我国降解塑料的发展状况

我国发展降解塑料，同样有广阔的发展前景。据有关方面的资料显示：2005年中国塑料包装材料需求量达5000万吨，按其中30％为难以收集的一次性塑料包装材料和制品计算，则废弃物产生量达1500万吨。中国可覆盖地膜的土地面积为5亿多亩，再加上育苗钵和保鲜膜，预计需求量将达到1000万吨。一次性日用杂品和医疗材料中的一部分也是难以收集或不宜回收利用的，预计其需求量达1000万吨。据此，难以回收利用的塑料废弃物将达3500万吨，因此引发的环境问题将日益严重。若其中50％采用可降解塑料替代的话，则可降解塑料的需求量将达到1750万吨，因此可降解塑料在中国市场潜力巨大。

目前可降解塑料在工农业生产中可用于制造农用薄膜、建筑薄膜、林业木材的包装材料、纸张薄膜或代纸用品，农药、化肥包装瓶、饮料瓶、一次性圆珠笔、垃圾袋、外旅行用品、休闲用品等。例如，用聚乙烯醇类原料可生产有机溶剂瓶、色拉油瓶、罐装瓶等。实际上降解塑料的降解速度还没有达到这么快，降解塑料生产能力小。目前我国降解塑料的研制还仅是一个起步阶段，同国外技术相比，还有一定的差距。据不完全统计，全国仅有100多家生产降解塑料的厂家，生产能力不到几十万吨，远远赶不上市场的需求。

塑料生产企业开始涉足降解塑料的生产。为了加速降解塑料的生产，全国各地正在兴建一批年产2万到3万吨降解塑料的工厂。如天津市丹海公司已成为一家大型生产降解塑料的企业，他们开发的淀粉基生物降解技术和生态系列产品，不仅具有良好的降解性能，还可节约石油资源，减少塑料垃圾的产生。目前，在国内像天津丹海这样的大型企业还有几家。相信降解塑料的生产一定会很快发展起来。

由广西南宁环保科技发展有限公司研制生产的“绿天使”“复合降解塑料母料”已经面世。与传统塑料母料相比，该产品具有光降解、生物降解和化学缓释剂诱导性等三重降解功能。降解期为三个月到一年。具有保温、保鲜功能，降解后可与土壤融为一体，对土壤无毒无害。可广泛地生产农用地膜、食品礼品袋、购物袋、垃圾袋等塑料包装制品及一次性快餐盒。

四、降解塑料的降解过程与机理

通过光或微生物将塑料大分子链切断变成小分子，最终变成水和二氧化碳消失于自然界，这一过程称之塑料降解过程。目前工业化生产的降解塑料是通过加入第三助剂诱发，使普通塑料发生光降解或生物降解的效果，此类降解塑料称之掺混型降解塑料。例如在PE中加入一定量的光敏剂(一般为变价元素-Fe、Co、Ni、Ce等，其中最常用的是铁；价廉又毒性低的金属有机化合物，例如硬脂酸铁、二茂铁及其衍生物等)掺混后，加工成型即可。淀粉基塑料是目前国内外较为普遍的生物降解塑料，以淀粉向微生物生存和繁殖提供养分，同时微生物以淀粉颗粒点为突破口使塑料制品力学性能下降造成制品崩裂，达到降解的目的。

塑料降解过程需要具备一定的客观条件，光降解离不开光照，并在一定的湿度环境下进行；生物降解必须要有微生物存在，降解速率与微生物的种类、数量以及微生物生存和繁殖条件——温度、湿度相关，这一过程需要一定的时间。例如天然纯棉织品在地下，经过一段时间之后变烂，并且逐步消失，这一过程实际上就是生物降解过程，我们习惯上称之为“腐烂”。

五、科学认识降解塑料殛其发展趋势

1．可降解包材研究取得很大的进步。已开发出的降解塑料品种主要有光降解塑料、生物降解塑料、光／生物降解塑料。但是如何正确认识降解塑料，如何实事求是地评价它在环境保护中的作用和地位，较长时间以来一直成为争论的焦点，从而对它的发展不可避免地受到一定程度的影响。降解塑料至今世界上尚没有统一的标准化定义，但美国材料试验协会通过的有关塑料术语的标准AST—MD883—92对降解塑料所下的定义是：一类在特定环境条件下，其化学结构发生明显变化，并且经标准的测试方法能测定其物质性能变化的塑料。这个定义基本上和国际标准ISO472(塑料术语及定义)对降解(性能变坏的化池结构的改变)和劣化(通过物理性能减弱证明的物理性能的永久改变)所下的定义相一致，但这个定义仅仅是一个定性的概念而缺乏定量的依据，即多少时间发生劣化、降解，性能变化至什么程度，何时降解终了。缺乏这些数据在实用上是难于准确评价判定的。这些定量数据对世界而言，要求统一也是很困难的，因为降解受地理、气候、环境因素制约很大，而且不同使用对象要求降解的条件和效果又不尽相同，因此当前各国均根据国情制定本国的度验评价方法和标准。

2．结合我国国情正确认识降解塑料。通过多年的研究和应用跟踪实践，我们认为，当前从实用性、环保性、安全性、经济性等多方位综合考虑，降解塑料应达到以下几个要求：

(1)实用性：与同类普通塑料具有相当或相近的应用性能和卫生性能；

(2)降解性：在完成其应用功能后，能在自然环境条件下较快地降解，成为易于被环境消纳的碎片或碎末，最终回归自然；

(3)安全性：降解过程中产生和降解后残留的物质对自然环境无害或无潜在危害；

(4)经济性：价格与同类普通塑料持平或略高。

我国大多数单位的降解塑料是基于以上条件研究开发的，通过有关部门实验室加速老化和微生物试验，并结合实地堆埋或露天曝晒试验检测表明，这些降解塑料经历了劣化、崩坏、降解三个阶段，表现为物性降低、形态变化、变薄、脆化、碎裂、霉变、失重、分子量下降、化学结构变化等，不仅物理发生了变化，而且化学也发生变化。从而其废弃物在短期内可以达到减容减量，起到减轻或抑制环境污染的作用，最终回归自然与土壤同化。

3．新型降解塑料更具有市场竞争能力。全国每年废塑料用量可达到3500万吨左右，将会造成巨大的污染。然而，若在全部废弃塑料中的30％的可降解塑料，那么我们的环境就会得到大大的改善。实际上，降解塑料与普通塑料的实用价值是一样的。降解塑料的特点是在其完成了自己的使命后，当人们不需要时，可以在自然环境中降解，变为有利于环境的分解物。因此．解决“白色污染”的可靠办法是生产具有降解作用的塑料。

4．降解塑料的科学研究是推广的基础。世界发达国家，特别是美国在这方面做了大量的研究。目前美国ASTM已公布试验标准如下：生物降解塑料有关评价试验标准，AST—MD5209—92，ASTMD5210—92，AST—MD5247—92，AST—MD5271—92，AST—MD538—92。光降解塑料有关评价试验标准。ASTMD5071-91，AST—MD508—91，ASTMD3．826-92。环境安全有关评价试验标准，ASTMD5152一91。目前，我国已公布的有关试验标准如下：GB18006．1—1999，GB／T18006．2—1999“一次性可降解餐饮具降解性能试验方法”，HJBZ12-2000“包装制品环境标志产品技术要求”，HBC1—2001，QB／T2461—1999“包装用降解聚乙烯薄膜”等。这是今后降解塑料产品推广的基础和产业化的前提。

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