可降解塑料的研究現狀及發展趨勢

朱遵耀

摘要：2020年1月，國家發展改革委員會和生態環境部聯合發布的《關于進一步加強塑料污染治理的意見》出臺后，塑料制品的禁用種類進一步擴大，名錄包括生活用、農用、醫用制品和一些進口品等，對塑料包裝、一次性日用品、聚乙烯農用地膜以及廢塑料的進口、生產、銷售等與生活息息相關的塑料用品使用提出了明確的要求。

關鍵詞：可降解塑料;研究現狀;發展趨勢

前言

隨著各國限塑政策的落地與趨嚴，以及研發工作的突破與生產工藝技術的進步，可降解塑料的需求量將越來越大，當前不具有價格優勢的其他可降解塑料會以其獨特的性能加速產業化進程，將具有廣闊的發展前景。

1可降解材料種類和特性

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生物發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菌真菌等微生物的分解作用，把可降解塑料在短時間內分解為不污染環境的甲烷、二氧化碳和水等，可以參與碳氮循環和促進生物新陳代謝。在二十世紀九十年代，可降解塑料在國內外得到了迅速發展，漸漸地應用于各類包裝。如，日本NBC公司生產的以玉米為主的淀粉和以脂肪族聚酯為樹脂原料制造出來的可降解塑料袋，在加了熟石灰后被分解為氯化鈣和水，無污染又防臭。生物可降解塑料很早就被應用到了麥當勞等餐廳作為食物的包裝，方便又無毒。當然，不僅用來包裝食品，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光或紫外線照射下，相應的塑料包裝產品被自動分解。塑料在吸收紫外線后鍵能減小，結構不穩定，導致高分子長鏈斷裂形成各種小分子，小分子化學鍵繼續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。共聚型是由各類烯烴等聚合而成，在光照條件下結構不穩定而斷裂分解。添加型是在原材料中添加對二甲苯等增加光敏感性的助劑，在一定紫外線強度下被徹底分解。

上世紀七十年代，國外就對光降解塑料進行了大量開發研究，現在光降解包裝用塑料在國內外應用廣泛，在許多室內餐廳、商場和存儲室等大量采用，包裝過各種食品。在廢棄時不需要填埋和焚燒，在陽光或紫外線下就能分解，不會破壞土壤和污染環境，符合綠色、可持續發展道路。

1.3光-生降解包裝用塑料

在太陽光或紫外線強度不足時，光降解塑料不能被快速完全的降解，微生物量少時生物降解塑料不能被很好的降解。出于社會的需要，融合上述兩種工藝性能的復合材料的光-生物降解塑料誕生了。這種塑料解決了紫外線強度不足問題，也解決了生物降解塑料生產制備工藝復雜的困難。塑料中添加了兩種誘發劑，大大增加了分解效率。通過調整兩種誘發劑的數量比例可得到不同分解程度和性能的光-生物可降解塑料，在誘導期內材料的力學性能可達到百分之八十以上，在一定時間后，其力學性能迅速降低，在氧化劑和細菌真菌等微生物共同作用下快速且準時被徹底分解。能夠定時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與優勢。

光-生物降解塑料早在上世紀就已經被開發利用，相比于前兩種包裝用塑料更受人們青睞，通過試驗發現可降解塑料被分解為小分子物質，最終再被分解為水和二氧化碳，在地上幾乎不留痕跡。國內外也都在投入大量資金更進一步研發，相信在不久的將來會應用更為廣泛，性能更加先進突出，還會批量生產各種包裝用塑料。

2可降解塑料的研發進展

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，再催化開環聚合;三是固相聚合。國內PLA的合成路線大多采用第二種途徑。目前國內主要PLA生產廠家有浙江海正生物材料股份有限公司、江蘇常熟長江化纖有限公司、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生產依托中科院長春應用化學研究所，以產業化生產結合改性研究的模式實現了萬噸級以上的產能，2016年投資9.5億元新建了1條50kt/a的PLA生產線;江蘇常熟長江化纖有限公司，已形成聚乳酸（PLA）纖維、長絲、彈力絲、復合包芯紗線等6條包括8000t/aPLA纖維的生產線，但由于原料丙交酯方面的原因，其PLA的產能明顯低于國外同類裝置。雖然PLA具有較高的強度、熔點、生物相容和生物降解性，但也具有高脆、低韌的缺點，其開發過程中主要圍繞增韌進行研究，只是增韌技術尚不成熟。不過，目前中科院長春應用化學研究所在丙交酯開環聚合反應的設計及合成方面已取得顯著的進展。常規研究以PBS的改性為主，通過共聚/共混的形式進行PBS的改性，而通過研究PBS/PLA共混過程中酯交換反應對共混物的性能影響，制備了PBS/PLA系列共混物。當前前沿的空白研究為利用PBS制備纖維：通過優化工藝制備了PBS/熔噴復合纖維絲，采用共混紡絲制得共混纖維，在實驗室獲取PBS纖維，以PBS樹脂熔融紡絲成功制備POY。

結束語

對于可降解塑料產業而言，今后更重要的是研發與生產工藝技術方面的突破。對于我國而言，可降解塑料的研究開發始于農用地膜，而我國是一個農業大國，地膜的消費量占世界第一位，各類可降解地膜正在發展中，尚處于示范推廣階段，其應用前景廣闊，但產品在同時滿足可降解性和性能好、價格低等方面還存在壁壘。此外，隨著我國人民生活水平的提高，一次性塑料包裝制品帶來的環境污染問題日趨嚴重，如今也正在積極開發用于包裝（主要是一次性包裝）的可降解塑料制品，如垃圾袋、購物袋、餐盒等，目前，可降解塑料的種類繁多，其中PLA和PBS/PBAT是研究和應用最廣的，其他的可降解塑料因生產成本較高還不具備產能競爭優勢或大規模生產的條件，且多集中于附加值較高的材料領域。

參考文獻：

[1]蔣興仁.國外可降解塑料開發概況[J].塑料，2015（5）：8-10.

[2]李誼.國外生物降解性塑料研究進展[J].鐵道勞動安全衛生與環保，2017（4）：61-64.

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