煤基PGA：莫問出身看表現(xiàn)

蘇更林

治理“白色污染”并不是要消滅塑料，而是要推廣能與生態(tài)環(huán)境和諧相處的可降解塑料。那么，可降解塑料一定來源于生物質(zhì)嗎？未必！國家能源集團榆林化工有限公司推出的煤基PGA就是一種綠色環(huán)保的新型可降解塑料產(chǎn)品，其降解性能和生物相容性一點都不亞于生物基塑料。那么，PGA都有哪些用途呢？

走進醫(yī)學(xué)，縫合線的翹楚

PGA的中文名稱叫作聚乙醇酸（Polyglycolic acid），是一種具有良好生物降解性能的合成高分子材料。所謂生物降解，說的是由于生物作用尤其是酶的作用而引起的聚合物材料的降解。

根據(jù)生物降解環(huán)境條件的不同，可以分為多個降解場景。在堆肥化以及海洋環(huán)境條件下，聚乙醇酸具有很好的降解性，降解速率與纖維素相當(dāng)；在工業(yè)堆肥或家庭堆肥條件下，聚乙醇酸只需120天就可以完全降解為水和二氧化碳；在海水環(huán)境中，聚乙醇酸28天后的降解率可以達到75.3%；甚至在自然環(huán)境中，它也能快速降解，并使其分子量和力學(xué)強度逐漸降低。

聚乙醇酸早期被用作手術(shù)縫合線。縫合線的使用約有數(shù)千年的歷史，但最初采用的幾乎都是植物材料（如大麻、棉花等），后來也開始使用動物材料（如貓腸等）。至于將合成材料用作縫合線，則是20世紀(jì)初期的事情了。如聚乙醇酸、絲綢、尼龍、聚酯、聚丙烯等聚合物都屬于合成材料。

基于縫合線的吸收性，可以分為可吸收縫合線和不可吸收縫合線兩大類。所謂可吸收縫合線，說的是手術(shù)縫合線在人體內(nèi)能夠完全降解，因此不需要進行拆除。

聚乙醇酸誕生于20世紀(jì)30年代，20世紀(jì)70年代被用作可吸收縫合線并獲得商業(yè)上的成功，因此翻開了手術(shù)可吸收縫合線的新篇章。這顯然與聚乙醇酸出色的性能密切相關(guān)，它不僅具有很好的降解性能，而且具有很好的生物相容性。

所謂生物相容性，強調(diào)的是材料與宿主之間的相容性。據(jù)悉，聚乙醇酸縫合線在人體內(nèi)能夠完全降解，主要以水解為主。降解產(chǎn)物乙醇酸作為一種天然代謝物，被人體吸收代謝后最終可降解為對人體無害的水和二氧化碳，并通過泌尿系統(tǒng)和呼吸系統(tǒng)排出體外。同時，聚乙醇酸還具有無毒害、無刺激性、無致癌性、組織反應(yīng)極小等特點。

聚乙醇酸在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，除了作為可吸收縫合線之外，還被應(yīng)用于藥物釋放、組織支架、血管修復(fù)、組織再生以及骨科固定等多個方面。

分段壓裂，橋塞功不可沒

油氣開采行業(yè)看好聚乙醇酸，是因為聚乙醇酸是制作可降解壓裂橋塞的理想材料。那么，橋塞是干什么的？又與油氣開采有著怎樣的聯(lián)系？

原來，橋塞是油氣開采的一個核心部件，主要作用就是用于井筒壓裂作業(yè)期間的分區(qū)隔離。就拿涪陵頁巖氣的商業(yè)化開采來說，由于頁巖氣的成藏機理極為復(fù)雜，自然開采難度也就極高。說起頁巖氣的開采，有這樣一個形象的比喻—開采傳統(tǒng)天然氣好比在“靜脈中抽血”，而開采頁巖氣則如同在“毛細血管中抽血”。

對于常規(guī)天然氣來說，由于其主要分布在地下多孔隙巖層中，所以一般采用排水式、自噴式進行開采就可以了。而頁巖氣主要蘊藏在泥頁巖及其夾層當(dāng)中，由于其“居住”的儲集層非常致密，空隙比例和滲透性都特別小，甚至小到納米量級，并且都彼此隔離，在自然狀態(tài)下很難流動，因此不能采用常規(guī)的方法進行開采。

涪陵頁巖氣的商業(yè)化開采，采用的核心技術(shù)為水平井分段壓裂技術(shù)。所謂水平井，是指在開采時需要先打豎井到含氣層，然后再沿著頁巖氣層打水平井。所謂壓裂技術(shù)，是指利用水力作用把頁巖氣從巖層里“擠”出來。至于分段，指的就是用橋塞把水平井分成若干段，從而集中力量進行各個擊破。

橋塞的作用不容小覷，因為分段壓裂離不開橋塞的“分割”。據(jù)稱，在涪陵頁巖氣開采中，曾一度使用從美國進口的橋塞，價格昂貴。經(jīng)過多年的技術(shù)攻關(guān)，我國國產(chǎn)橋塞于2016年被廣泛應(yīng)用于涪陵頁巖氣田。國產(chǎn)橋塞不僅性能優(yōu)于進口橋塞，而且成本僅為進口橋塞的十分之一。

可降解橋塞的應(yīng)用是油氣開采中的一大技術(shù)進步，具有強度高、耐高壓和耐溫性能穩(wěn)定等優(yōu)點，在壓裂作業(yè)后無需鉆磨即可降解，可以直接實現(xiàn)井筒全通徑作業(yè)，從而更好地滿足油氣井的生產(chǎn)需要。聚乙醇酸具有高強度、耐高溫、降解快等方面的優(yōu)勢，是制造可降解橋塞的理想材料。

綠色包裝，PGA未來可期

在食品工業(yè)高度發(fā)達的今天，包裝占有舉足輕重的地位。塑料作為一種新型材料，因其優(yōu)勢突出而在食品包裝中備受青睞。然而，一次性塑料造成的環(huán)境問題一直令人擔(dān)憂。在這樣的背景下，綠色包裝成為一種潮流。

崇尚綠色包裝，首先要選擇對環(huán)境友好的可降解包裝材料。聚乙醇酸作為一種綠色可降解塑料，其最大的優(yōu)勢就是不會產(chǎn)生“白色污染”。聚乙醇酸材料的綜合阻隔性能在現(xiàn)有聚合物材料中是一流的，并且具有很好的機械強度，在食品包裝領(lǐng)域擁有美好的未來。

聚乙醇酸具有很好的汽/氧阻隔性能，并且基本不受環(huán)境溫度的影響。由于氧氣和水蒸氣是影響食品品質(zhì)的重要因素，因此具有對氧氣和水蒸氣的高阻隔性能對于保護食品的品質(zhì)是至關(guān)重要的。同時，聚乙醇酸材料具有很高的機械強度，能很好地滿足食品包裝自動化的要求。

當(dāng)然，食品包裝安全第一。評價一個包裝材料的安全性，主要是看包裝材料的成分遷移是否會對人體健康構(gòu)成威脅，是否符合國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。由于食品包裝材料與食品本身會有接觸，包裝材料中的某些成分（尤其是小分子物質(zhì)）難免會遷移到食品中。這些成分是否會導(dǎo)致食品中的某些成分超標(biāo)，是否會污染食品而致食品產(chǎn)生異味，是否會引起食品變質(zhì)，是否會因相互作用而發(fā)生褐變作用，都是需要考慮的問題。聚乙醇酸具有很好的生物相容性，并且最終降解產(chǎn)物為水和二氧化碳，具有很高的安全性。

當(dāng)然，聚乙醇酸也存在成本高、韌性低的不足，不過可以通過產(chǎn)業(yè)化以及改性設(shè)計來解決。同時，聚乙醇酸在復(fù)合包裝材料中也有著特殊的用途。比如，聚乙醇酸與聚乙烯、聚丙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯等傳統(tǒng)材料共混，可以提升材料的阻隔性能和力學(xué)性能。聚乙醇酸還可用作調(diào)控共混材料降解速率的改性劑。如利用聚乙醇酸與聚乳酸共混材料制成的一次性餐具，可以提高其耐高溫性，并改善聚乳酸降解慢的不足。

有意思的是，有人用聚乙醇酸制作了一種復(fù)合包裝材料，據(jù)說可以在保質(zhì)期到期時改變顏色。原來，該包裝由兩層聚乙醇酸制成，并在兩層之間插入了一個反應(yīng)性化學(xué)層。當(dāng)一層PGA降解完成后，就會露出反應(yīng)性化學(xué)層，該化學(xué)層與空氣反應(yīng)就會發(fā)生顏色改變。

拯救土壤，破解生態(tài)難題

土壤乃農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展之基，其重要性可想而知。然而，隨著農(nóng)膜覆蓋技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用，以農(nóng)用薄膜殘膜為主的“白色污染”引起了人們的關(guān)注。

由于大部分農(nóng)用薄膜不能夠完全降解，致使大量農(nóng)膜殘留在土壤中，對土壤和環(huán)境造成了嚴重污染。這些混雜在土壤之中的塑料殘留，不僅會影響農(nóng)田的機械化耕作水平，而且還會破壞土壤的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致農(nóng)作物減產(chǎn)。

治理農(nóng)用薄膜污染，主要有減量、替代、回收三種形式。其中的“替代”，說的就是采用可降解薄膜來替代難以降解的塑料薄膜。

聚乙醇酸作為一種單元碳數(shù)最少、降解速度最快的聚合物，在自然環(huán)境條件下就可降解為水和二氧化碳，甚至在海水中也能得到有效分解。因此，聚乙醇酸在農(nóng)用薄膜等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。

目前，聚乙醇酸作為新一代綠色高分子材料，其應(yīng)用領(lǐng)域還存在一定的局限性。不過，愈來愈嚴的“禁塑令”，將為聚乙醇酸的應(yīng)用帶來新的契機。隨著聚乙醇酸基改性材料的進一步優(yōu)化和成熟，以及“貴族”的日益平民化，聚乙醇酸一定會為構(gòu)建環(huán)境友好型社會做出更大的貢獻。