生物可降解塑料發展現狀研究

王鵬

曲阜師范大學化學與化工學院

前言

從目前世界各國的研究現狀來看，對可降解塑料的開發雖然較為活躍并部分進入了工廠投放生產，但是此技術仍有待更深入研究，以便更多地降低成本、更好地提高性能、更廣地擴展市場。

一、生物可降解塑料的分類

生物可降解塑料是指在自然環境下通過生物的生命活動能快速降解、較少或不會造成環境污染的高分子材料。按照降解環境分類可分為非（或不完全）生物降解塑料和全生物降解塑料。非（或不完全）生物降解是在普通塑料例如聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）中加入光敏劑、生物誘發劑或熱氧化劑等，加速塑料制品的降解，用此種方式可以降解的塑料制品與普通的塑料制品價格相當，具有較高的環保效益。全生物降解塑料包括聚乙烯醇、二氧化碳共聚物、聚乳酸及它們與淀粉共混物和塑料合金等，其廢棄物可以在較短的時間內完全生物降解，具有巨大的發展潛力，但是高昂的成本阻礙了規模化生產，目前仍有待更進一步的研發。生物降解塑料按其降解特性可以分為生物破壞性塑料和完全生物降解塑料；按照其來源還可以分為化學合成材料、微生物合成材料、摻混型材料和天然高分子材料等。

二、世界各國生物可降解塑料研發現狀

傳統的聚烯烴塑料的合成會排出大量的CO2等污染物且很難降解，造成嚴重的塑料污染，但是與傳統塑料不同的是生物可降解塑料的原料來源是可再生的農作物，廢棄后的制品可以在掩埋堆肥情況下完全降解成CO2和水，沒有污染物的產生。目前，我國已成功研制出新型塑料——二氧化碳塑料，它是以工業廢棄CO2和烴共聚而成，其CO2的含量為31%-50%，這樣可以將工業廢棄CO2變廢為寶，從而減少了溫室氣體的排放，緩解大氣污染。此外，隨著世界范圍內重組DNA技術的日益成熟，這就為未來用轉基因植物研發生物可降解塑料的規模化生產提供了支持，節省了石油資源，減輕了環境負擔。總而言之，生物可降解塑料的普及和推廣，其實就是減排CO2的過程，這將更有利于經濟的可持續健康發展。

從世界范圍看，雖然各國對于生物可降解塑料的研發不斷取得新的成果，但是由于生物可降解塑料某些性能指標不合使用標準、成本相對較高，其市場接受度還不算太高，尤其在國際油價相對較低、傳統塑料價格優勢明顯的時候推廣生物可降解塑料仍存在一定阻力。不可否認的是，各國經濟戰略轉型所需求的環境效益為生物可降解塑料的推廣提供了一個有力的支撐條件。美國普立萬（PolyOne）公司研發推出了一款在100℃以上的溫度下都能正常使用、抗沖擊性強的生物可降解材料，該材料采用了Poly?One公司開發的聚烴基丁酸戊酸共聚酯（PHBV）制作而成，可以使家居生活用品在保留原有設計和質量標準的基礎上更加環保健康。日本東麗（Toray）公司和昭和（Showa）公司合作研發的塑料的耐熱溫度可達150℃，這種塑料以纖維素和PLA為主要成分，可以用作電子儀器和電器設備的包裝材料。

三、生物可降解塑料的開發動態

根據國際生物可降解聚合物協會（IBAW）的研究得知，全球可生物降解的塑料的使用量已高達10萬t/a，總量增加了2倍以上。雖然這個數據中包括了以石油為原料的生物可降解塑料，但是隨著科技的發展，越來越多的人將選擇使用天然材料制作的可降解塑料，并且當前用植物油和淀粉制作的生物可降解塑料已經打開了一片光明的市場。

生物聚酯PHA作為一種生物法合成的新型高分子材料已經在醫藥、電子等領域開展使用了，它是通過微生物的大規模發酵制成的，具有類似于傳統塑料的特性并有可操作的生物降解性。但是該塑料的生產成品較高，極大地限制了它的推廣。其酯基在自然環境中易被酶或微生物分解的化學合成材料脂肪族聚酯已經被應用開發在了多種產品上，比如聚丁烯琥珀酸酯（PBS）、聚己內酯（PCL）等。摻混型材料是指將2種或2種以上的高分子共混聚合而成，其中至少有1種組分是生物可降解物質，其組分多采用纖維素、淀粉等天然高分子物質，尤以淀粉居多。意大利是世界上最早開始研發生物可降解塑料的國家之一，在眾多生產研究機構中最著名的是Novamont公司，它主要生產淀粉類的生物可降解塑料，已被應用于多個領域中，年產量約4萬t/a。

在2006年美國谷物培育者協會年會上，用谷物生產聚合物的制造商Cereplast公司發言，生物聚合物的價格已經可以與以石油為原料制作的塑料價格相競爭，而美國先進的納米技術更為其提供了強有力的技術支撐，我們相信，未來的塑料市場將是生物可降解塑料獨占鰲頭，國家的社會效益、經濟效益和環境效益也將逐漸達到和諧共贏。

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