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可降解塑料包材缓解“白色污染”


使用可降解高分子材料是减少传统塑料污染的有效途径之一。目前,世界各国都在大力开展可降解塑料的研发工作,其应用前景非常广阔。
目前,在日常生活中,可降解塑料可用于制作食品包装袋、包装箱、饮料瓶、日化包装瓶、一次性圆珠笔、垃圾袋、旅行用品、休闲用品等。例如,用聚乙烯醇类原料可生产饮料瓶、色拉油瓶、罐装瓶、有机溶剂瓶等。可降解塑料在工农业生产中可用于制造农用薄膜、建筑薄膜、纸张薄膜(或代纸用品)、农药化肥包装袋、林业木材的包装材料等。
现在光降解塑料在美国主要用于制备光降解农用塑料、光降解垃圾袋、塑料包装袋、一次性购物袋以及光降解提拉环等;在西欧,光降解塑料主要用于生产光降解垃圾袋、一次性购物袋、光降解农用薄膜以及光降解型工业包装材料等。
生物降解塑料在美国主要用于生产分解垃圾袋、购物袋以及一些生物降解农用薄膜等;在西欧,可降解塑料主要用于生物降解洗发液瓶、生物降解垃圾袋以及一些一次性商品购物包装袋等。但就目前技术水平而言,过分夸张宣传,认为采用这些可降解材料就可以解决“白色污染”显然是不恰当的,因为这些产品的应用性能并不理想,还存在很多问题。
存在问题首先,生物降解高分子材料的价格高,不易推广应用。如我国在铁路上推广的降解聚丙烯快餐盒比原用的聚苯乙烯泡沫快餐盒价格高50%~80%。
其次,使用性能尚不尽如人意。目前国内外公布的各种品牌淀粉塑料,力学性能一般。和同类应用的现行塑料相比,其使用性能主要缺点之一是凡含淀粉的降解塑料耐水性都不好,湿强度差,一遇水则力学性能大降,而耐水性恰恰是现行塑料在使用过程中表现的优点。如光-生物降解聚丙烯快餐盒与现用聚苯乙烯泡沫快餐盒相比,实用性较差,质软,装热食品易变形,且资源耗费大,以每个餐盒计算,质量比聚苯乙烯泡沫塑料餐盒大1~2倍。聚乙烯醇-淀粉型生物降解塑料作为包装用的一次性缓冲材料,与普通聚乙烯醇缓冲材料相比,其表观密度稍高,高温、高湿情况下易收缩、遇水易溶解,为水溶性材料。
第三,降解高分子材料的降解控制问题有待于解决。如医学上应用要求降解比较快,而作为包装材料要求有一定的使用期;准确的时控性和用后完全、快速降解离实用要求还有相当大的差距,特别是填充型淀粉塑料,其大部分根本不可能在1年内降解,虽然很多试验证明它们在紫外线作用下分子量大幅度下降,但这与实用要求是两回事,在美、欧等发达国家已不能被环境组织和公众接受。
第四,高分子材料的生物降解性评价方法有待完善。由于降解塑料的降解性能制约因素很多,各国的地理环境、气候、土壤成分、垃圾处理方式等又有许多差异。因此降解到底意味着什么,其降解时间是否应有所定义,降解产品是什么,这些问题均未能达成共识,其评价方法和标准更是五花八门,要建立起统一、完整的评价方法还需时间。
第五,降解高分子材料的使用会影响高分子材料的回收利用,对使用后的生物降解材料需要建立相应的基础处理设施等。
发展趋势关于可降解材料的发展趋势,首先要利用纤维素、淀粉、甲壳素等天然高分子材料制取生物降解塑料,进一步开发改良天然高分子的功能与技术。
其次,利用分子设计、精细合成技术合成生物降解塑料。通过对具有生物降解性的合成高分子生物降解机理的解析制取生物降解塑料,同时对这类高分子与现有通用聚合物、天然高分子、微生物类聚合物等进行研究开发。
第三,采用生物基因工程,利用绿色天然物质制造降解高分子材料。如纤维素、菜油、桐油、松香等天然物质。据报道,英国的科学家培育出一种能生产完全生物降解塑料的油菜,他们采用基因遗传技术将3种能产生聚合物的生物基因成功地植入油菜籽。这种油菜籽生长成的油菜的种子和叶片均含有大量的聚合物,将这种物质提炼后即可加工成各种家用塑料制品及塑料管道。如果这种油菜能大面积种植的话,就会极大地降低降解塑料的生产成本。
第四,通过微生物的培养获得生物降解塑料,寻找能降解高分子塑料的微生物,研究新的高分子材料,并解析其合成机理。同时通过现有方法及基因工程的手段提高其生产性,研究高效的培养微生物的方法。同时还要研究如何提高降解塑料的性能以及降低其成本。
可降解塑料改性也是一个重要的方面。通过淀粉或纤维素等可降解的高聚物对通用型聚合物(如聚乙烯和聚丙烯等)进行共混改性或接枝改性,可制备一种光-生物共降解塑料薄膜。将这种塑料膜用于制造一次性包装材料和制品,使用后可在生物和光的作用下完全降解。另外,将聚酯和聚酮共混,采用双氧水、过氧酸等氧化剂进行化学改性,可获得一种既具有生物降解功能,又具有光降解性能的高聚物塑料包装材料,可直接用于生产快餐饭盒、垃圾袋。它采用非淀粉型光敏剂和生物降解剂,其强度和透明度均优于淀粉塑料,光降解性能优良,可在50-100天内脆化,其降解产物能被霉菌等微生物进一步降解,最终成为微生物的碳源,回归大自然。
尽管目前开发的可降解塑料尚未彻底解决日益严重的“白色污染”问题,但它仍然是一条缓解矛盾的有效途径。它的出现不仅扩大了塑料的功能,缓解了人类和环境的关系,而且从合成技术上展示了生物技术的威力和前景,将是21世纪新材料发展的重要领域。

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