生物可降解塑料發(fā)展現(xiàn)狀研究

王鵬

曲阜師范大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院

前言

從目前世界各國(guó)的研究現(xiàn)狀來(lái)看，對(duì)可降解塑料的開(kāi)發(fā)雖然較為活躍并部分進(jìn)入了工廠投放生產(chǎn)，但是此技術(shù)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?cái)U(kuò)展市場(chǎng)。

一、生物可降解塑料的分類

生物可降解塑料是指在自然環(huán)境下通過(guò)生物的生命活動(dòng)能快速降解、較少或不會(huì)造成環(huán)境污染的高分子材料。按照降解環(huán)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(fā)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(jià)格相當(dāng)，具有較高的環(huán)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(shí)間內(nèi)完全生物降解，具有巨大的發(fā)展?jié)摿Γ歉甙旱某杀咀璧K了規(guī)模化生產(chǎn)，目前仍有待更進(jìn)一步的研發(fā)。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(lái)源還可以分為化學(xué)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(guó)生物可降解塑料研發(fā)現(xiàn)狀

傳統(tǒng)的聚烯烴塑料的合成會(huì)排出大量的CO2等污染物且很難降解，造成嚴(yán)重的塑料污染，但是與傳統(tǒng)塑料不同的是生物可降解塑料的原料來(lái)源是可再生的農(nóng)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(méi)有污染物的產(chǎn)生。目前，我國(guó)已成功研制出新型塑料——二氧化碳塑料，它是以工業(yè)廢棄CO2和烴共聚而成，其CO2的含量為31%-50%，這樣可以將工業(yè)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(nèi)重組DNA技術(shù)的日益成熟，這就為未來(lái)用轉(zhuǎn)基因植物研發(fā)生物可降解塑料的規(guī)模化生產(chǎn)提供了支持，節(jié)省了石油資源，減輕了環(huán)境負(fù)擔(dān)。總而言之，生物可降解塑料的普及和推廣，其實(shí)就是減排CO2的過(guò)程，這將更有利于經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)健康發(fā)展。

從世界范圍看，雖然各國(guó)對(duì)于生物可降解塑料的研發(fā)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(biāo)不合使用標(biāo)準(zhǔn)、成本相對(duì)較高，其市場(chǎng)接受度還不算太高，尤其在國(guó)際油價(jià)相對(duì)較低、傳統(tǒng)塑料價(jià)格優(yōu)勢(shì)明顯的時(shí)候推廣生物可降解塑料仍存在一定阻力。不可否認(rèn)的是，各國(guó)經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型所需求的環(huán)境效益為生物可降解塑料的推廣提供了一個(gè)有力的支撐條件。美國(guó)普立萬(wàn)（PolyOne）公司研發(fā)推出了一款在100℃以上的溫度下都能正常使用、抗沖擊性強(qiáng)的生物可降解材料，該材料采用了Poly?One公司開(kāi)發(fā)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(shè)計(jì)和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上更加環(huán)保健康。日本東麗（Toray）公司和昭和（Showa）公司合作研發(fā)的塑料的耐熱溫度可達(dá)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(shè)備的包裝材料。

三、生物可降解塑料的開(kāi)發(fā)動(dòng)態(tài)

根據(jù)國(guó)際生物可降解聚合物協(xié)會(huì)（IBAW）的研究得知，全球可生物降解的塑料的使用量已高達(dá)10萬(wàn)t/a，總量增加了2倍以上。雖然這個(gè)數(shù)據(jù)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(fā)展，越來(lái)越多的人將選擇使用天然材料制作的可降解塑料，并且當(dāng)前用植物油和淀粉制作的生物可降解塑料已經(jīng)打開(kāi)了一片光明的市場(chǎng)。

生物聚酯PHA作為一種生物法合成的新型高分子材料已經(jīng)在醫(yī)藥、電子等領(lǐng)域開(kāi)展使用了，它是通過(guò)微生物的大規(guī)模發(fā)酵制成的，具有類似于傳統(tǒng)塑料的特性并有可操作的生物降解性。但是該塑料的生產(chǎn)成品較高，極大地限制了它的推廣。其酯基在自然環(huán)境中易被酶或微生物分解的化學(xué)合成材料脂肪族聚酯已經(jīng)被應(yīng)用開(kāi)發(fā)在了多種產(chǎn)品上，比如聚丁烯琥珀酸酯（PBS）、聚己內(nèi)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(zhì)，其組分多采用纖維素、淀粉等天然高分子物質(zhì)，尤以淀粉居多。意大利是世界上最早開(kāi)始研發(fā)生物可降解塑料的國(guó)家之一，在眾多生產(chǎn)研究機(jī)構(gòu)中最著名的是Novamont公司，它主要生產(chǎn)淀粉類的生物可降解塑料，已被應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域中，年產(chǎn)量約4萬(wàn)t/a。

在2006年美國(guó)谷物培育者協(xié)會(huì)年會(huì)上，用谷物生產(chǎn)聚合物的制造商Cereplast公司發(fā)言，生物聚合物的價(jià)格已經(jīng)可以與以石油為原料制作的塑料價(jià)格相競(jìng)爭(zhēng)，而美國(guó)先進(jìn)的納米技術(shù)更為其提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐，我們相信，未來(lái)的塑料市場(chǎng)將是生物可降解塑料獨(dú)占鰲頭，國(guó)家的社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益也將逐漸達(dá)到和諧共贏。

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