王 戈 費(fèi)本華* 方長(zhǎng)華 程海濤 楊淑敏 馬千里 傅金和 陳曉怡

(1 國(guó)際竹藤中心 北京 100102； 2 國(guó)際竹藤組織 北京 100102)

2022年6月24日，全球發(fā)展高層對(duì)話會(huì)在金磚國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)人第14次會(huì)晤期間舉行并達(dá)成多項(xiàng)共識(shí)。國(guó)際竹藤組織提出的“以竹代塑”倡議被列入會(huì)議成果清單(第18項(xiàng))，并將由中國(guó)和國(guó)際竹藤組織共同發(fā)起，以減少塑料污染，應(yīng)對(duì)氣候變化，助力全球可持續(xù)發(fā)展。為響應(yīng)成果清單中的“以竹代塑”倡議，2022年7月28日，國(guó)際竹藤中心和國(guó)際竹藤組織啟動(dòng)了“以竹代塑創(chuàng)新產(chǎn)品研發(fā)和應(yīng)用”項(xiàng)目(以下簡(jiǎn)稱“以竹代塑項(xiàng)目”)。中國(guó)外交部、國(guó)家發(fā)展改革委、財(cái)政部、商務(wù)部以及國(guó)家林業(yè)和草原局等國(guó)際竹藤組織中方協(xié)調(diào)領(lǐng)導(dǎo)小組成員單位的有關(guān)代表，國(guó)際竹藤組織和國(guó)際竹藤中心相關(guān)人員參加了項(xiàng)目啟動(dòng)會(huì)。啟動(dòng)會(huì)明確了項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容，布局了項(xiàng)目整體工作路線。該項(xiàng)目擬開(kāi)發(fā)的“以竹代塑”新產(chǎn)品從竹材原態(tài)利用、竹纖維利用、竹漿利用等3個(gè)層次展開(kāi)，包括竹質(zhì)吸管制備關(guān)鍵技術(shù)、竹纏繞復(fù)合管及模壓異型構(gòu)件加工關(guān)鍵技術(shù)、竹漿模塑包埋盒制造技術(shù)和以竹代塑新產(chǎn)品性能評(píng)價(jià)等4個(gè)方面內(nèi)容，以期充分挖掘竹材的自身材性特點(diǎn)，突破傳統(tǒng)工藝，實(shí)現(xiàn)竹材應(yīng)用創(chuàng)新。本文闡述了以竹代塑項(xiàng)目啟動(dòng)的背景、項(xiàng)目主要研究?jī)?nèi)容、預(yù)期目標(biāo)及前景。

1 以竹代塑項(xiàng)目啟動(dòng)的背景和意義

塑料制品因耐用、輕便、價(jià)格低廉，而被廣泛應(yīng)用，2020年全球消費(fèi)量已達(dá)到3.67億t。在餐飲領(lǐng)域，歐洲幾個(gè)主要國(guó)家每年消耗塑料吸管達(dá)235億根；中國(guó)僅2019年塑料吸管的消耗量就接近3萬(wàn)t，約合460億根，人均使用吸管超過(guò)30根[1]。在建筑領(lǐng)域，2020年中國(guó)塑料管道產(chǎn)量為1 636萬(wàn)t、銷售額為3 374億元、產(chǎn)銷率為97.2%，是目前主流的管道材料。在塑料包裝領(lǐng)域，全球市場(chǎng)規(guī)模穩(wěn)步提升，預(yù)計(jì)到2025年僅中國(guó)的塑料包裝產(chǎn)值可達(dá)到700億美元。在全球生產(chǎn)的一次性塑料制品中，超過(guò)70%會(huì)被直接丟棄到土壤和海洋中，數(shù)百年無(wú)法降解。塑料材料長(zhǎng)期老化后形成微塑料，其具有尺寸小、隱蔽性強(qiáng)的特點(diǎn)，并可隨著季風(fēng)和洋流在全球流動(dòng)，因此影響廣、危害大，易被海洋生物、魚(yú)類和鳥(niǎo)類誤食[2-3]。微塑料能進(jìn)入動(dòng)物淋巴系統(tǒng)、腸道和生殖系統(tǒng)，通常20 μm的微塑料可以直接進(jìn)入血液循環(huán)系統(tǒng)[4-5]。隨著微塑料在食物鏈中不斷富集，其對(duì)人類和動(dòng)物的危害無(wú)法估量。因此，為了倡導(dǎo)可持續(xù)的綠色發(fā)展理念，維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性，開(kāi)發(fā)安全、環(huán)保、可再生的代塑產(chǎn)品，減少塑料污染已經(jīng)成為國(guó)際社會(huì)的共識(shí)。

2020年1月中國(guó)國(guó)家發(fā)展改革委和生態(tài)環(huán)境部聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)塑料污染治理的意見(jiàn)》，其中要求在2020、2022和2025年分步實(shí)現(xiàn)對(duì)不可降解塑料袋、一次性塑料餐具、賓館酒店一次性塑料用品和快遞塑料包裝等的禁止或限制使用。在國(guó)際上，很多國(guó)家也陸續(xù)發(fā)布了塑料禁限令。2020年1月1日法國(guó)通過(guò)《能源轉(zhuǎn)型促進(jìn)綠色增長(zhǎng)法》的禁塑部分法令；2020年3月11日歐盟委員會(huì)通過(guò)新版《循環(huán)經(jīng)濟(jì)行動(dòng)計(jì)劃》，將循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念貫穿產(chǎn)品全生命周期，并將塑料作為7個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域之一，對(duì)包裝、建筑材料和車輛等關(guān)鍵產(chǎn)品的塑料回收量和廢物減少措施制定強(qiáng)制性要求。

可見(jiàn)，塑料制品行業(yè)的低碳轉(zhuǎn)型迫在眉睫，尋找可替代的綠色低碳材料成為發(fā)展的必由之路。“以竹代塑”是破解一次性塑料制品污染和食品包裝安全的有效方式之一，竹材在資源、材性和技術(shù)等方面有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。全球竹資源豐富，儲(chǔ)量超3 600萬(wàn)hm2[6]；竹纖維長(zhǎng)細(xì)比大，長(zhǎng)度約1～4 mm，具備良好的機(jī)械性能[7]。竹子生長(zhǎng)速度快，3～5年即可成材，具有可再生、固碳能力強(qiáng)的特點(diǎn)[8]。竹材綜合性能優(yōu)良，竹制品種類眾多、應(yīng)用廣泛，涉及十幾個(gè)領(lǐng)域，開(kāi)發(fā)以竹代塑創(chuàng)新技術(shù)和產(chǎn)品正是適應(yīng)了全球減塑限塑的發(fā)展浪潮。

竹子是綠色、低碳、速生、易再生、可降解的生物質(zhì)材料，在全球限塑背景下，為解決塑料污染問(wèn)題、推進(jìn)節(jié)能減排、應(yīng)對(duì)氣候變化等提供了基于自然的可持續(xù)發(fā)展解決方案，而“以竹代塑”倡議被列入全球發(fā)展高層對(duì)話會(huì)成果清單，則為竹產(chǎn)業(yè)高速高質(zhì)量發(fā)展提供了機(jī)遇。啟動(dòng)與實(shí)施以竹代塑項(xiàng)目是以實(shí)際行動(dòng)落實(shí)全球發(fā)展高層對(duì)話會(huì)成果清單的第18項(xiàng)內(nèi)容。

2 以竹代塑項(xiàng)目的主要內(nèi)容

以竹代塑項(xiàng)目由國(guó)際竹藤中心牽頭，聯(lián)合國(guó)內(nèi)諸多竹材加工企業(yè)共同開(kāi)發(fā)和推廣，主要包括以下內(nèi)容。

2.1 竹質(zhì)吸管制造技術(shù)研發(fā)

根據(jù)不同用途和規(guī)格，以毛竹等大徑級(jí)竹種為原料，研發(fā)竹質(zhì)吸管的制造技術(shù)。

1) 利用圓竹棒或厚竹片，采用鉆孔法或者半圓開(kāi)槽再粘合技術(shù)制得竹飲用吸管。將竹片拉絲成圓竹棒或厚竹片，經(jīng)過(guò)濕熱處理及拋光處理后，通過(guò)全自動(dòng)鉆孔機(jī)對(duì)圓竹棒進(jìn)行縱向鉆孔制得竹吸管，或采用開(kāi)槽機(jī)先制得弧形半圓再經(jīng)粘合制得竹質(zhì)吸管成品。

2) 采用圓竹展平刨切卷制法，對(duì)無(wú)刻痕竹展開(kāi)板進(jìn)行弦向刨切制得薄竹片，對(duì)薄竹片進(jìn)行拼寬、接長(zhǎng)及涂膠，通過(guò)對(duì)加熱處理后的薄竹片進(jìn)行雙層同步螺旋狀纏繞制成吸管，再經(jīng)后期處理得到纏繞式竹質(zhì)吸管成品。

2.2 竹纏繞復(fù)合管及模壓異型構(gòu)件加工關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)

對(duì)竹纏繞復(fù)合管及模壓異型構(gòu)件加工過(guò)程中的關(guān)鍵技術(shù)，進(jìn)入深入研發(fā)。具體包括以下技術(shù)。

1) 竹纖維表面改性及其與樹(shù)脂界面微觀力學(xué)表征。制取竹纖維增強(qiáng)單元，研究竹纖維形態(tài)、界面改性劑與樹(shù)脂復(fù)合界面的關(guān)系，分析纖維含量、不同改性劑添加量等參數(shù)對(duì)復(fù)合材料拉伸性能的影響，優(yōu)化竹纖維單元表面改性技術(shù)。

2) 竹纖維預(yù)成型體制備及其性能分析。研究預(yù)加張力、熱壓溫度、熱壓時(shí)間、熱壓壓力等工藝參數(shù)對(duì)預(yù)成型體性能的影響，優(yōu)化加工工藝并對(duì)不同加工技術(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

3) 竹纖維復(fù)合材料及產(chǎn)品加工與評(píng)價(jià)。優(yōu)化竹纏繞復(fù)合管多壁層層積結(jié)構(gòu)，通過(guò)纏繞成型工藝開(kāi)發(fā)竹纏繞復(fù)合管；攻關(guān)模壓成型技術(shù)開(kāi)發(fā)異型構(gòu)件，并對(duì)制品進(jìn)行基本理化性能、力學(xué)性能和熱性能分析和評(píng)價(jià)。

2.3 竹漿模塑包埋盒制造技術(shù)研發(fā)

針對(duì)竹漿模塑包埋盒制造過(guò)程中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研發(fā)，具體包括以下技術(shù)。

1) 竹材預(yù)處理制漿技術(shù)。通過(guò)采用化學(xué)+機(jī)械的方式對(duì)竹材原料進(jìn)行預(yù)處理，研究預(yù)處理過(guò)程中組分分離規(guī)律，并對(duì)預(yù)處理得到的竹漿進(jìn)行組分及性能分析。在保證漿料性能的前提條件下，最大限度地提高漿料得率，減少?gòu)U棄物。同時(shí)以本色漿料制備紙漿模塑制品，避免采用漂白工藝，最大限度地降低生產(chǎn)過(guò)程中的化學(xué)需氧量(COD)和可吸附有機(jī)氯化物(AOX)排放，保證綠色制備。

2) 竹漿模塑包埋盒制造技術(shù)。采用竹漿模塑法制備包埋盒，對(duì)漿料性能有較高的要求，尤其是對(duì)有機(jī)溶劑和溫度的穩(wěn)定性及持久性有較高的要求。通過(guò)對(duì)竹漿進(jìn)行改性，增強(qiáng)包埋盒的干濕抗張強(qiáng)度、化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性，同時(shí)通過(guò)工藝提高并保證在廢棄之后的可降解性。

2.4 以竹代塑新產(chǎn)品性能分析與評(píng)價(jià)

針對(duì)上述研發(fā)的技術(shù)和產(chǎn)品，開(kāi)展性能分析與評(píng)價(jià)，具體包括以下內(nèi)容。

1) 對(duì)制得的竹吸管進(jìn)行外觀質(zhì)量、基本理化與力學(xué)等性能、安全性以及綜合性能分析和評(píng)價(jià)，并與市場(chǎng)上其他類型吸管進(jìn)行比較。

2) 對(duì)竹纏繞復(fù)合管及模壓異型構(gòu)件進(jìn)行綜合性能評(píng)價(jià)，包括密度、維卡軟化溫度、環(huán)剛度、蠕變比率、沖擊性能、環(huán)柔性及烘箱試驗(yàn)等。

3) 對(duì)竹漿模塑包埋盒進(jìn)行產(chǎn)品性能評(píng)價(jià)，涵蓋干濕抗張強(qiáng)度、有機(jī)溶劑耐受性、耐水性、可降解性等內(nèi)容。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)以竹代塑項(xiàng)目開(kāi)發(fā)3種以竹代塑新產(chǎn)品并評(píng)價(jià)其性能，完成竹質(zhì)復(fù)合材料界面評(píng)價(jià)測(cè)試方法和竹材組分預(yù)處理分離體系的建立，優(yōu)化竹纏繞復(fù)合管及模壓異型構(gòu)件層積結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)2種竹質(zhì)吸管的規(guī)模化、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，創(chuàng)制國(guó)內(nèi)外相應(yīng)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)施以竹代塑項(xiàng)目將有助于拓寬竹材在建筑、快消品等領(lǐng)域的應(yīng)用范圍，進(jìn)一步創(chuàng)新以竹代塑產(chǎn)品種類，深化“產(chǎn)—學(xué)—研”聯(lián)動(dòng)融合，加速科技資源轉(zhuǎn)化，助推竹產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，并為以竹代塑產(chǎn)品市場(chǎng)化推廣及應(yīng)用奠定良好的基礎(chǔ)，最終達(dá)到“以竹代塑”的研究目的。

“以竹代塑”彰顯了中國(guó)堅(jiān)持生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展的戰(zhàn)略定力。建設(shè)美麗中國(guó)，不僅需要國(guó)家從宏觀層面做好頂層設(shè)計(jì)，而且需要公眾自下而上形成綠色生活新理念。每位生產(chǎn)者和消費(fèi)者都可以從衣食住行的點(diǎn)點(diǎn)滴滴做起，成為一名“以竹代塑”的踐行者，身體力行地為減少塑料垃圾污染、建設(shè)美麗家園作貢獻(xiàn)?！耙灾翊堋睂?shí)際上正是對(duì)綠色生活方式的追求，以綠色消費(fèi)帶動(dòng)綠色技術(shù)創(chuàng)新、引領(lǐng)綠色生產(chǎn)，倡導(dǎo)和培育簡(jiǎn)約適度、綠色低碳的生活方式，形成文明健康的生活風(fēng)尚。“以竹代塑”從國(guó)家倡議到企業(yè)行動(dòng)，最終落地見(jiàn)效還要靠每一位公民的共同努力。要推動(dòng)“以竹代塑”的市場(chǎng)推廣和消費(fèi)普及，人人行動(dòng)、日積月累，構(gòu)建全社會(huì)共同參與的生態(tài)治理體系?！耙灾翊堋背h被納入全球發(fā)展高層對(duì)話會(huì)成果清單是“以竹代塑”的新起點(diǎn)，完善政策支持、提升科技水平、加大市場(chǎng)推廣等一系列舉措將逐項(xiàng)落地?！耙灾翊堋币矊⒋龠M(jìn)增長(zhǎng)動(dòng)能轉(zhuǎn)換、高新技術(shù)更迭、綠色消費(fèi)升級(jí)，并以此改變生活、改善環(huán)境，推動(dòng)建成一個(gè)更加美麗、健康、可持續(xù)的綠色家園。