可降解塑料的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

朱遵耀

摘要：2020年1月，國(guó)家發(fā)展改革委員會(huì)和生態(tài)環(huán)境部聯(lián)合發(fā)布的《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)塑料污染治理的意見(jiàn)》出臺(tái)后，塑料制品的禁用種類(lèi)進(jìn)一步擴(kuò)大，名錄包括生活用、農(nóng)用、醫(yī)用制品和一些進(jìn)口品等，對(duì)塑料包裝、一次性日用品、聚乙烯農(nóng)用地膜以及廢塑料的進(jìn)口、生產(chǎn)、銷(xiāo)售等與生活息息相關(guān)的塑料用品使用提出了明確的要求。

關(guān)鍵詞：可降解塑料;研究現(xiàn)狀;發(fā)展趨勢(shì)

前言

隨著各國(guó)限塑政策的落地與趨嚴(yán)，以及研發(fā)工作的突破與生產(chǎn)工藝技術(shù)的進(jìn)步，可降解塑料的需求量將越來(lái)越大，當(dāng)前不具有價(jià)格優(yōu)勢(shì)的其他可降解塑料會(huì)以其獨(dú)特的性能加速產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，將具有廣闊的發(fā)展前景。

1可降解材料種類(lèi)和特性

1.1生物可降解包裝用塑料

生物降解塑料又分為玉米或馬鈴薯為主等淀粉改性或填充聚乙烯、聚丙烯等常用普通用料的破壞性生物降解塑料，和以淀粉、纖維素等天然高分子材料經(jīng)生物發(fā)酵后具有完全降解性能的完全塑料。生物降解主要依靠自然界中細(xì)菌真菌等微生物的分解作用，把可降解塑料在短時(shí)間內(nèi)分解為不污染環(huán)境的甲烷、二氧化碳和水等，可以參與碳氮循環(huán)和促進(jìn)生物新陳代謝。在二十世紀(jì)九十年代，可降解塑料在國(guó)內(nèi)外得到了迅速發(fā)展，漸漸地應(yīng)用于各類(lèi)包裝。如，日本NBC公司生產(chǎn)的以玉米為主的淀粉和以脂肪族聚酯為樹(shù)脂原料制造出來(lái)的可降解塑料袋，在加了熟石灰后被分解為氯化鈣和水，無(wú)污染又防臭。生物可降解塑料很早就被應(yīng)用到了麥當(dāng)勞等餐廳作為食物的包裝，方便又無(wú)毒。當(dāng)然，不僅用來(lái)包裝食品，生物可降解塑料甚至被做成了一些藥物的膠囊等用來(lái)包裝顆粒藥物。

1.2光降解包裝用塑料

光降解包裝用塑料主要是在太陽(yáng)光或紫外線(xiàn)照射下，相應(yīng)的塑料包裝產(chǎn)品被自動(dòng)分解。塑料在吸收紫外線(xiàn)后鍵能減小，結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，導(dǎo)致高分子長(zhǎng)鏈斷裂形成各種小分子，小分子化學(xué)鍵繼續(xù)被破壞為更小的分子，在空氣中徹底氧化分解。光解塑料可分為共聚型和添加型兩類(lèi)。共聚型是由各類(lèi)烯烴等聚合而成，在光照條件下結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定而斷裂分解。添加型是在原材料中添加對(duì)二甲苯等增加光敏感性的助劑，在一定紫外線(xiàn)強(qiáng)度下被徹底分解。

上世紀(jì)七十年代，國(guó)外就對(duì)光降解塑料進(jìn)行了大量開(kāi)發(fā)研究，現(xiàn)在光降解包裝用塑料在國(guó)內(nèi)外應(yīng)用廣泛，在許多室內(nèi)餐廳、商場(chǎng)和存儲(chǔ)室等大量采用，包裝過(guò)各種食品。在廢棄時(shí)不需要填埋和焚燒，在陽(yáng)光或紫外線(xiàn)下就能分解，不會(huì)破壞土壤和污染環(huán)境，符合綠色、可持續(xù)發(fā)展道路。

1.3光-生降解包裝用塑料

在太陽(yáng)光或紫外線(xiàn)強(qiáng)度不足時(shí)，光降解塑料不能被快速完全的降解，微生物量少時(shí)生物降解塑料不能被很好的降解。出于社會(huì)的需要，融合上述兩種工藝性能的復(fù)合材料的光-生物降解塑料誕生了。這種塑料解決了紫外線(xiàn)強(qiáng)度不足問(wèn)題，也解決了生物降解塑料生產(chǎn)制備工藝復(fù)雜的困難。塑料中添加了兩種誘發(fā)劑，大大增加了分解效率。通過(guò)調(diào)整兩種誘發(fā)劑的數(shù)量比例可得到不同分解程度和性能的光-生物可降解塑料，在誘導(dǎo)期內(nèi)材料的力學(xué)性能可達(dá)到百分之八十以上，在一定時(shí)間后，其力學(xué)性能迅速降低，在氧化劑和細(xì)菌真菌等微生物共同作用下快速且準(zhǔn)時(shí)被徹底分解。能夠定時(shí)分解包裝塑料材料也是光-生物降解包裝用塑料的一大特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)。

光-生物降解塑料早在上世紀(jì)就已經(jīng)被開(kāi)發(fā)利用，相比于前兩種包裝用塑料更受人們青睞，通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)可降解塑料被分解為小分子物質(zhì)，最終再被分解為水和二氧化碳，在地上幾乎不留痕跡。國(guó)內(nèi)外也都在投入大量資金更進(jìn)一步研發(fā)，相信在不久的將來(lái)會(huì)應(yīng)用更為廣泛，性能更加先進(jìn)突出，還會(huì)批量生產(chǎn)各種包裝用塑料。

2可降解塑料的研發(fā)進(jìn)展

PLA的合成主要有3種途徑：一是乳酸直接縮合;二是將乳酸合成丙交酯，再催化開(kāi)環(huán)聚合;三是固相聚合。國(guó)內(nèi)PLA的合成路線(xiàn)大多采用第二種途徑。目前國(guó)內(nèi)主要PLA生產(chǎn)廠(chǎng)家有浙江海正生物材料股份有限公司、江蘇常熟長(zhǎng)江化纖有限公司、吉林中糧生化有限公司等十幾家;其中，浙江海正生物材料股份有限公司的PLA生產(chǎn)依托中科院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所，以產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)結(jié)合改性研究的模式實(shí)現(xiàn)了萬(wàn)噸級(jí)以上的產(chǎn)能，2016年投資9.5億元新建了1條50kt/a的PLA生產(chǎn)線(xiàn);江蘇常熟長(zhǎng)江化纖有限公司，已形成聚乳酸（PLA）纖維、長(zhǎng)絲、彈力絲、復(fù)合包芯紗線(xiàn)等6條包括8000t/aPLA纖維的生產(chǎn)線(xiàn)，但由于原料丙交酯方面的原因，其PLA的產(chǎn)能明顯低于國(guó)外同類(lèi)裝置。雖然PLA具有較高的強(qiáng)度、熔點(diǎn)、生物相容和生物降解性，但也具有高脆、低韌的缺點(diǎn)，其開(kāi)發(fā)過(guò)程中主要圍繞增韌進(jìn)行研究，只是增韌技術(shù)尚不成熟。不過(guò)，目前中科院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所在丙交酯開(kāi)環(huán)聚合反應(yīng)的設(shè)計(jì)及合成方面已取得顯著的進(jìn)展。常規(guī)研究以PBS的改性為主，通過(guò)共聚/共混的形式進(jìn)行PBS的改性，而通過(guò)研究PBS/PLA共混過(guò)程中酯交換反應(yīng)對(duì)共混物的性能影響，制備了PBS/PLA系列共混物。當(dāng)前前沿的空白研究為利用PBS制備纖維：通過(guò)優(yōu)化工藝制備了PBS/熔噴復(fù)合纖維絲，采用共混紡絲制得共混纖維，在實(shí)驗(yàn)室獲取PBS纖維，以PBS樹(shù)脂熔融紡絲成功制備POY。

結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于可降解塑料產(chǎn)業(yè)而言，今后更重要的是研發(fā)與生產(chǎn)工藝技術(shù)方面的突破。對(duì)于我國(guó)而言，可降解塑料的研究開(kāi)發(fā)始于農(nóng)用地膜，而我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，地膜的消費(fèi)量占世界第一位，各類(lèi)可降解地膜正在發(fā)展中，尚處于示范推廣階段，其應(yīng)用前景廣闊，但產(chǎn)品在同時(shí)滿(mǎn)足可降解性和性能好、價(jià)格低等方面還存在壁壘。此外，隨著我國(guó)人民生活水平的提高，一次性塑料包裝制品帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題日趨嚴(yán)重，如今也正在積極開(kāi)發(fā)用于包裝（主要是一次性包裝）的可降解塑料制品，如垃圾袋、購(gòu)物袋、餐盒等，目前，可降解塑料的種類(lèi)繁多，其中PLA和PBS/PBAT是研究和應(yīng)用最廣的，其他的可降解塑料因生產(chǎn)成本較高還不具備產(chǎn)能競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)或大規(guī)模生產(chǎn)的條件，且多集中于附加值較高的材料領(lǐng)域。

參考文獻(xiàn)：

[1]蔣興仁.國(guó)外可降解塑料開(kāi)發(fā)概況[J].塑料，2015（5）：8-10.

[2]李誼.國(guó)外生物降解性塑料研究進(jìn)展[J].鐵道勞動(dòng)安全衛(wèi)生與環(huán)保，2017（4）：61-64.

陜西延長(zhǎng)石油（集團(tuán)）有限責(zé)任公司油田氣化工科技公司 ??陜西 ?延長(zhǎng) ?717100