霍鵬

（河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院，石家莊 050021）

可降解塑料的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

霍鵬

（河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院，石家莊 050021）

介紹了可降解塑料的概念、特點以及分類，從光降解塑料、生物降解塑料等方面論述了可降解塑料的研究現(xiàn)狀、應(yīng)用、目前存在的問題以及未來發(fā)展趨勢。

可降解塑料；綠色環(huán)保；生物可降解塑料

塑料制品具有強度高、質(zhì)量輕、抗腐蝕、價格便宜等特點，在人們的生產(chǎn)生活中得到廣泛應(yīng)用。塑料制品的應(yīng)用在給人們帶來極大方便的同時也帶來嚴(yán)重的負(fù)面影響，大部分廢棄的塑料制品除了可在特殊條件下降解外，其在自然界環(huán)境中的光、生物降解速度非常緩慢，大概需要幾百年的時間才可能完全消失，雖然其可通過掩埋、焚燒等方法來處理，但這些方法存在極大的缺陷。大量使用后的廢棄塑料無法自動降解，長期殘留在自然環(huán)境中可造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，不僅影響生態(tài)平衡，同時也威脅著人類的健康。據(jù)不完全統(tǒng)計，全球每年生產(chǎn)的塑料制品超過億噸，而我國的塑料制品占了相當(dāng)大的比例，其中一次性塑料制品較多。使用后廢棄的塑料制品具有數(shù)量大、分布廣、難回收等特點，形成白色垃圾，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。為了解決這一問題，可降解塑料的研究和開發(fā)成為解決白色污染的理想途徑，可降解塑料在廢棄后能在自然的條件下自動完全分解，對環(huán)境的污染很小。塑料的降解過程是指構(gòu)成塑料的大分子鏈在光和微生物的作用下被切斷而變成小分子的過程，其可分解成CO2和H2O，最終消失于自然界中［1］。實際應(yīng)用的可降解塑料主要有兩種，一種是光降解塑料，另外一種是生物可降解塑料?？山到馑芰喜粌H可以解決白色污染問題，同時也是實現(xiàn)資源循環(huán)利用的有效途徑，可以顯著提高社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。可降解塑料具有多種優(yōu)點：①可降解塑料均為天然材料，透氣性較好，無毒無害；②可降解塑料在進(jìn)行掩埋、焚化、堆肥等處理時不會對環(huán)境帶來任何負(fù)面影響；③可降解塑料的物理性質(zhì)可取代以石油為基質(zhì)的塑料材料［2］；④可降解塑料廢棄后進(jìn)行掩埋或者堆肥處理即可完全分解。如今可持續(xù)發(fā)展是全球共同追求的理想模式，作為可持續(xù)發(fā)展的重要影響因素，綠色環(huán)保已經(jīng)成為21世紀(jì)備受關(guān)注的話題。因此研究塑料降解機理，積極開發(fā)和利用可降解塑料對環(huán)境保護(hù)及塑料行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。

1　可降解塑料的研究現(xiàn)狀概述

相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，我國每年對塑料包裝材料的需求量高達(dá)幾千萬噸，其中1/3的廢棄塑料難以回收。塑料材料的另外一個重要用途是制成覆蓋地膜，我國可覆蓋地膜的面積超過5億畝，還有每年需求量超過1 000萬t的育苗缽和保鮮膜。此外，醫(yī)療領(lǐng)域以及日常生活用品中的很大一部分塑料也很難進(jìn)行回收。整體分析，我國每年各個領(lǐng)域產(chǎn)生的不可分解的廢棄塑料可達(dá)5 000萬t，如此驚人數(shù)量的難降解塑料將會對環(huán)境造成極大破壞，使環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重?？山到馑芰暇哂薪到庑?、安全性、經(jīng)濟(jì)性等特點，可有效解決白色污染問題，開發(fā)和應(yīng)用可降解塑料，對改善緩解目前的環(huán)境污染，推進(jìn)綠色環(huán)保有著重要意義，具有非常廣闊的發(fā)展前景。可降解塑料已經(jīng)被世界各個國家視為實現(xiàn)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的重要途徑之一。目前可降解塑料的研究主要集中于光降解塑料、生物降解塑料以及光-生物雙降解塑料等。

1.1光降解塑料

光降解塑料是指通過光的作用可實現(xiàn)降解的塑料，該類塑料中的聚合物分子鏈在紫外線等光線照射下可激發(fā)電子活性，進(jìn)而發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，再加上大氣環(huán)境中O2的影響，最終可發(fā)生光氧降解。在光化學(xué)作用下，光降解塑料的高分子鏈因遭到破壞而失去強度，材料發(fā)生脆化，并在風(fēng)、雨等自然環(huán)境的作用下進(jìn)一步細(xì)脆化，最終分解成為粉末融入土壤進(jìn)入新一輪的生物循環(huán)。光降解塑料的制備方法主要有兩種。一種是在聚合物材料中融入光敏感物質(zhì)，或者混入分解劑，常用的有金屬化合物（金屬鹽、氧化物）、羰基化合物（二苯甲酮、對苯醌）等，另外多核芳香化合物（菲、六氫芘）也比較常用。這些添加劑在吸收光能后可產(chǎn)生自由基，添加劑也可以將激發(fā)態(tài)能量傳遞給聚合物，聚合物在激發(fā)態(tài)能量作用下產(chǎn)生自由基，最后促使聚合物在氧化作用下劣化，進(jìn)而達(dá)到降解目的。另外一種是通過共聚的方法在聚合物分子鏈中加入光敏感基團(tuán)，這樣聚合物就可以具備光降解特性，目前已經(jīng)實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的光降解塑料有乙烯酮共聚物、乙烯/CO共聚物、接枝共聚物等，其中烯烴和CO的共聚物較多［3-4］。

光降解塑料技術(shù)在20世紀(jì)80年代就已經(jīng)較為成熟，每年的產(chǎn)量大幅度提升，尤其是西方發(fā)達(dá)國家廣泛使用光降解塑料，其普遍應(yīng)用于購物袋、垃圾袋、包裝袋、塑料瓶以及農(nóng)用地膜等。國內(nèi)對光降解塑料的開發(fā)起初主要應(yīng)用于農(nóng)用地膜，之后隨著技術(shù)的不斷成熟，也開始應(yīng)用于新型快餐盒。光降解塑料的降解速度比較難以控制，其降解過程會受到光照強度、氣溫條件、地理環(huán)境等因素的影響，應(yīng)用于農(nóng)用地膜時還會受到農(nóng)作物品種的制約。由于光降解塑料的各種局限性，光降解塑料主要適用于日照條件較好的地區(qū)。光降解塑料的適用面較窄，目前主要集中于農(nóng)作物覆蓋物。

1.2生物降解塑料

將天然高分子與通用型合成高分子進(jìn)行共混和共聚得到的塑料即為生物降解塑料，生物降解是指通過微生物的侵蝕、分解作用實現(xiàn)降解過程。大部分純聚合物由于分子結(jié)構(gòu)的特殊性都有很強的抗微生物侵蝕能力，不易被微生物分解，但如果向聚合物加入增塑劑、抗氧化劑等添加劑就可以降低其抗侵蝕作用。因為降解途徑不同，生物降解可分為生物化學(xué)降解方式和生物物理降解方式兩種類型。生物化學(xué)降解方式是指聚合物在微生物和酶的直接作用下發(fā)生分解、氧化而變成小分子，最終分解成CO2和H2O消失于空氣中。生物物理降解方式是指聚合物材料被微生物攻擊侵蝕，并在微生物細(xì)胞增長的作用下發(fā)生水解、電離后變成低聚物。生物降解塑料的制備方法有很多種，例如熔融和深液共混、向高分子水深液中融入另一種高分子材料、在聚合反應(yīng)中融入天然高分子材料等［5-6］。目前常見的生物降解塑料有淀粉類降解塑料、纖維素類降解塑料等，例如聚乳酸就是一種典型的淀粉類降解塑料，被掩埋的聚乳酸在適當(dāng)?shù)难鯕?、濕度、溫度環(huán)境下可在一個月左右被微生物分解為CO2和H2O。淀粉是一種分布來源廣泛、價格低廉的天然高分子材料，可在自然條件下分解為CO2和H2O，不會造成污染，將淀粉與其它高分子進(jìn)行共混后可獲得淀粉基降解塑料，該類塑料的開發(fā)早在20世紀(jì)70年代就取得了一定成就；另外，纖維素也可以通過共混、共聚（與蛋白質(zhì)共混、與殼聚糖共混、與高分子單體共聚）得到纖維素基塑料；蛋白質(zhì)的熱性能和力學(xué)性能較差，但其具有非常好的降解性能，所以可以通過共聚等化學(xué)方法提高蛋白質(zhì)的熱性能和力學(xué)性能。

生物降解塑料的研究和開發(fā)早期采用的是填充型淀粉塑料，這種可降解塑料的技術(shù)方法是在普通塑料中加入30%左右的淀粉，這類塑料在土壤中可迅速降解成塑料小片，但這并不是真正的塑料降解過程，只是一種假象，因為降解后形成的塑料小片會一直存在于土壤中，基本上沒有再降解的可能，所以最終所謂的第1代生物降解塑料已基本被淘汰［7-8］。目前市場上比較提倡的可生物降解塑料是全降解塑料，即第2代生物可降解塑料。全降解塑料由淀粉、維生素等完全降解物質(zhì)和少量降解輔助劑組成，可以在土壤中完全降解，實現(xiàn)真正意義上的綠色環(huán)保，是塑料產(chǎn)業(yè)發(fā)展和改革的必然趨勢，尤其是一些發(fā)達(dá)國家近年來對完全生物降解塑料的研究開發(fā)最為活躍。

1.3光-生物降解塑料

由于光降解塑料的諸多局限性，近年來國內(nèi)外對光降解塑料的研究逐漸減少，紛紛將目光集中于光-生物降解塑料。光-生物降解塑料是一種比較理想的降解塑料，是對光降解塑料的光降解機理以及生物降解塑料的生物降解機理的結(jié)合應(yīng)用。光降解與生物降解的融合彌補了光降解塑料和生物降解塑料的缺陷，例如，光-生物降解塑料的降解過程不再受光照程度的制約，可在光照不足的情況下快速降解，而且降解徹底；另外，光-生物降解塑料在很大程度上改善了生物降解塑料加工困難、工藝復(fù)雜、成本較高等問題，克服了生物降解塑料難以推廣應(yīng)用的弊端。所以光-生物降解塑是當(dāng)前國內(nèi)外可降解塑料的研究熱點［9］。加拿大已經(jīng)開發(fā)出具有光降解和生物降解兩種特性的光-生物降解塑料，降解速度是普通可降解塑料的五倍以上。目前，光-生物降解塑料正處于研究開發(fā)階段，相應(yīng)的產(chǎn)品較少。

2　生物降解塑料的應(yīng)用

生物降解塑料在可降解塑料中最具有發(fā)展前景，尤其是美國近年來大力推廣生物降解塑料，每年對生物降解塑料的需求量以15%的速度增長，2012年的需求量就高達(dá)約3.27億kg。生物降解塑料主要由谷物等可再生資源合成，相比常規(guī)的石油基塑料更具有競爭力，而原油價格的不斷上漲進(jìn)一步促進(jìn)了生物降解塑料的推廣和應(yīng)用［10］。生物降解塑料為全世界指明了一條可以不再依賴石油生產(chǎn)塑料的道路，而且其性價比高，具有環(huán)保性能，有絕對的市場優(yōu)勢。

2.1在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用

生物降解塑料在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用主要包括兩個方面，即在覆蓋地膜中的應(yīng)用以及在包膜化肥中的應(yīng)用。我國對農(nóng)用覆蓋地膜技術(shù)的應(yīng)用開始于20世紀(jì)70年代，而大量使用后的覆蓋地膜造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染，導(dǎo)致農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量下降［11］。目前應(yīng)用于覆蓋地膜的可降解塑料仍以光降解塑料為主，如我國塑料研究機構(gòu)在高密度聚乙烯材料的基礎(chǔ)上加入化學(xué)物質(zhì)以及光降解體系，合成了厚度為0.005 mm的可降解農(nóng)用地膜，該產(chǎn)品已經(jīng)在我國多個省份的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中推廣應(yīng)用，但是未來生物降解塑料在地膜中的應(yīng)用將會越來越多。另外，各種可生物降解的肥料包膜材料也已經(jīng)投入應(yīng)用。

2.2在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用

生物降解塑料在醫(yī)療領(lǐng)域主要可用于藥物緩釋以及合成可吸收手術(shù)縫合線?？山到馑芰峡梢猿蔀樗幬锞忈尩妮d體，例如聚乳酸、甲殼素等均是目前應(yīng)用較多的可降解材料，可用作高血壓治療藥物、心臟病治療藥物以及抗癌治療藥物的緩釋載體，有研究學(xué)者認(rèn)為基于松香的聚合物在藥物緩釋體系中有廣闊的應(yīng)用前景。用可降解材料合成的手術(shù)縫合線在患者創(chuàng)口愈合后不需要進(jìn)行拆線，很大程度上減輕了患者的痛苦［12］。目前可用作醫(yī)療手術(shù)縫合線的材料有Biopol、聚乙醇酸等。

2.3在食品包裝領(lǐng)域的應(yīng)用

應(yīng)用于食品包裝的普通塑料有聚乙烯、聚苯乙烯等，這些材料具有較好的穩(wěn)定性，但不能被生物降解。目前利用纖維素、淀粉、甲殼素等天然高分子材料合成的生物降解塑料已經(jīng)開始應(yīng)用于食品包裝、容器。

2.4在汽車和電子行業(yè)的應(yīng)用

目前，除了在包裝材料方面的應(yīng)用，人們正嘗試將生物降解塑料應(yīng)用于高價值和高性能工程領(lǐng)域。另外值得關(guān)注的是，生物降解塑料已經(jīng)開始應(yīng)用于汽車和電子產(chǎn)品市場，尤其在汽車內(nèi)飾中的應(yīng)用越來越廣泛，全球汽車行業(yè)每年對工程塑料的需求量達(dá)到上千萬噸。在電子電氣領(lǐng)域，生物降解塑料不僅應(yīng)用于制造手機外殼，也逐漸應(yīng)用于其它電子產(chǎn)品。

3　可降解塑料目前存在的問題和未來發(fā)展趨勢

3.1可降解塑料研究面臨的問題

可降解塑料對綠色環(huán)保有著重要的意義，可降解塑料的出現(xiàn)是21世紀(jì)實現(xiàn)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的必然要求，因此加強對可降解塑料的研究，推進(jìn)可降解塑料的產(chǎn)品開發(fā)是全世界各國志同道合的目標(biāo)。就目前發(fā)展現(xiàn)狀而言，可降解塑料的研究面臨以下多方面問題。

首先，技術(shù)方面問題。對于光降解塑料，通過對穩(wěn)定劑、分解劑、光敏劑等添加劑的應(yīng)用來實現(xiàn)降解功能，材料的可控性取決于各種添加劑的分配比例，然而由于自然環(huán)境的影響，光降解塑料的降解時間和降解速度都比較難控制，整體降解性能不高。對于生物降解塑料，其降解性能是通過微生物將大分子降解為小分子來實現(xiàn)的，而這個降解過程是非常緩慢的，尤其是樹脂分子類材料需要的時間更長，對廢棄塑料的回收處理帶來極大的難度，而且降解后的各種產(chǎn)物是否真的不會對環(huán)境造成污染還有待研究。

其次，成本方面問題。相比普通塑料，生產(chǎn)可降解塑料的材料價格比較高，技術(shù)工藝比較復(fù)雜，因此最終的產(chǎn)品價格也遠(yuǎn)高于普通塑料材料［13-14］。例如部分鐵路上使用的降解聚丙烯餐盒的價格比普通聚苯乙烯餐盒高80%?？傊?，可降解塑料的推廣應(yīng)用首先要解決成本問題。

再次，檢驗方法和標(biāo)準(zhǔn)問題。雖然可降解塑料的生產(chǎn)經(jīng)營已經(jīng)初具規(guī)模，但目前國際上還沒有對可降解塑料進(jìn)行統(tǒng)一定義，沒有形成統(tǒng)一的可降解塑料檢驗方法以及產(chǎn)品檢測標(biāo)準(zhǔn)，以至于技術(shù)和產(chǎn)品市場一片混亂。就我國的研究現(xiàn)狀而言，與其他發(fā)達(dá)國家相比，可降解塑料的相關(guān)技術(shù)研究還存在一定的滯后性，我國目前制定的可降解材料產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1　可降解材料產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)

3.2可降解塑料的發(fā)展方向

如今人們的環(huán)境保護(hù)意識越來越高，世界各國逐漸認(rèn)識到環(huán)保材料應(yīng)用的重要性，并對環(huán)保材料的研究和開發(fā)加大投入。自然界的生物有著極強的生命力，生物可降解塑料來源于自然，最終又回歸自然，是實現(xiàn)資源可循環(huán)利用的重要手段。隨著對可降解塑料的深入研究以及可降解塑料產(chǎn)品的開發(fā)應(yīng)用，可降解塑料在不久的將來有望取代沒有降解功能的普通塑料。可降解塑料未來發(fā)展將著重于4個方面：（1）結(jié)合材料的具體用途以及使用環(huán)境不斷進(jìn)行技術(shù)研究，通過技術(shù)創(chuàng)新合成具體特殊性能的可降解材料，提高材料降解的可控性、提高材料降解速度以及降解徹底性；（2）研制新設(shè)備，優(yōu)化合成工藝，降低可降解塑料的生產(chǎn)成本，同時規(guī)范降解塑料的定義，制定統(tǒng)一的降解塑料檢驗標(biāo)準(zhǔn)，以促進(jìn)降解塑料的快速發(fā)展；（3）改良纖維素、淀粉、甲殼等合成生物降解塑料的功能，擴寬其使用范圍，克服可降解材料降解緩慢和不徹底的問題；（4）規(guī)范可降解塑料市場秩序，嚴(yán)格管理可降解塑料的質(zhì)量、價格，同時加大環(huán)保宣傳，提高群眾環(huán)保意識，推廣可降解塑料的應(yīng)用。

4　結(jié)語

可持續(xù)發(fā)展是當(dāng)今世界各國共同追求的目標(biāo)，自從“人類要生存，地球要拯救，環(huán)境與發(fā)展必須協(xié)調(diào)”的口號提出后，人們的綠色環(huán)保意識不斷提高?？山到馑芰系拈_發(fā)和應(yīng)用是解決難降解廢棄塑料所造成的環(huán)境問題的有效方法，對21世紀(jì)綠色環(huán)保發(fā)展有著重要的推動作用?？山到馑芰喜粌H對綠色環(huán)保有著重要意義，同時也可以在一定程度上緩解

海南省塑料產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值達(dá)23億元，實現(xiàn)逆勢增長

盡管2015年以來眾多企業(yè)發(fā)展步履維艱，然而，受益于海口“雙創(chuàng)”活動增加的供排水工程，以及各市縣市政工程、環(huán)島高鐵工程、高效農(nóng)業(yè)規(guī)模發(fā)展等方面對塑料制品的需求增加，海南省塑料行業(yè)發(fā)展勢頭搶眼，2015年產(chǎn)值達(dá)23億元，同比增長9.5%，部分企業(yè)利潤率增長超過6%。

據(jù)介紹，海南省各類塑料制品企業(yè)近300家，包括各類管材管件、食品藥品、果蔬、飼料及工業(yè)類包裝、農(nóng)業(yè)棚膜地膜等膜袋類、各類注塑用品、生活用塑料制品等。其中，海南興偉塑膠科技有限公司、海南寶秀節(jié)水灌溉設(shè)備工程有限公司、?？诿駝?chuàng)塑料制品有限公司等企業(yè)憑借專利技術(shù)與生產(chǎn)實力，產(chǎn)品遠(yuǎn)銷云南、廣東、廣西、緬甸、越南等地。

新當(dāng)選的海南省塑料行業(yè)協(xié)會會長王展偉說，海南省塑料企業(yè)主要集中于農(nóng)業(yè)、包裝、市政、建筑等領(lǐng)域的塑料制品加工，面對今年更為嚴(yán)峻的經(jīng)濟(jì)形勢，協(xié)會將嘗試整合行業(yè)優(yōu)勢資源，籌建海南省塑料行業(yè)協(xié)會企業(yè)發(fā)展專項公益資金，幫助企業(yè)解決臨時周轉(zhuǎn)困難，并在適當(dāng)?shù)臅r機，推動企業(yè)進(jìn)入資本市場，引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)與設(shè)備，生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，同時與高校聯(lián)合研發(fā)，并培養(yǎng)塑料行業(yè)管理經(jīng)營人才，形成良性發(fā)展循環(huán)。

（海南日報）

2015年ABS市場簡要回顧及2016走勢展望

2015年，由于全球經(jīng)濟(jì)增長緩慢，導(dǎo)致國際原油一路下探，并引領(lǐng)大宗商品進(jìn)入長期價格冰凍期，ABS也難逃下行當(dāng)前石油資源日益短缺的問題?？山到馑芰鲜巧鐣l(fā)展的必要需求，是可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分，有著廣闊發(fā)展前景。

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中國塑料城寧波臺化AG15A1和吉林石化0215A非常符合“過山車”行情的走勢，其中AG15A1年末均價較年初均價跌2 929元/t，跌幅達(dá)23.36%，0215A年末均價較年初均價跌2 595元/t，跌幅達(dá)22.03%，臺灣奇美PA-747S由于進(jìn)口料價格傳導(dǎo)的滯后性影響，沒有上行動作，但年內(nèi)走勢依然跟隨主流逐步下滑。

受經(jīng)濟(jì)下行和需求疲軟影響，2015年的ABS行業(yè)產(chǎn)能擴張計劃或被擱置或被延遲，再加上國內(nèi)ABS生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)品替代率高，產(chǎn)銷利潤失衡持續(xù)困擾市場，致使裝置開車率下降，實際產(chǎn)量受到多重利空因素的影響，國內(nèi)ABS全年產(chǎn)量和2014年基本持平。

展望2016年ABS市場，以原油為首的能源價格低位格局下，上游單體或繼續(xù)低位震蕩。從目前現(xiàn)有技術(shù)來看，ABS高端料生產(chǎn)仍難以滿足市場的需求，通用料供需不平衡仍突出，商品供應(yīng)層面競爭更加激烈，更進(jìn)一步擴大了供需矛盾，因此2016年第一季度的ABS市場或以低位震蕩整理為主，不排除生產(chǎn)旺季帶動和成本面有效支撐下ABS階段性上漲的可能。

（中塑在線）

Research Status and Development Trend of Degradable Plastics

Huo Peng
（Hebei Chemical and Pharmaceutical College， Shijiazhuang 050021， China）

The concept，characteristics and classification of degradable plastics were introduced，the research status，application，existing problems and future development trend of degradable plastics were discussed from photodegradable plastics，biodegradable plastics and so on.

degradable plastic；environmental protection；biodegradable plastic

TQ322.9

A

1001-3539（2016）03-0150-04

10.3969/j.issn.1001-3539.2016.03.029

聯(lián)系人：霍鵬

2016-01-08