可降解塑料对环境保护的应用

塑料制品因其质轻美观而在人类社会生活中得到广泛应用，其中一次性消费的塑料包装制品更因其使用方便越来越受到人们的喜爱。然而，当它们的使命完成后，因其体积庞大难以腐烂，进行填埋处理时占地多，且使填埋的土地不稳定；又因其发热量大，当进行焚烧处理时，易损坏焚烧炉，并排出二恶英有机污染物，有时还可能排放出有害气体，从而污染环境和影响人体健康；另外，随意丢弃于海洋和山林的塑料包装不仅造成景观污染，还可能导致野生动物误食致死，严重的影响了生态平衡。

如何解决上述问题呢？主要有两大对策：一是加强塑料的回收再利用；二是让塑料和其他许多天然材料一样，在人类社会生活中经过一个循环使用周期后重新返回到大自然中去，降解塑料就能承担起后一使命。降解塑料是指一类其制品的各项性能可满足使用要求，在保存期内性能不变,而使用后在自然环境条件下，能降解成对环境无害的物质的塑料。因此，它又称为环境降解塑料。

一.可降解材料的分类和简单介绍

根据其分解机理，降解塑料可大致分为生物降解塑料、光降解塑料、生物-光降双解塑料、水降解塑料[1]。

（一） 生物降解塑料

理想的生物降解塑料是一种具有优良的使用性能、废弃后可被环境微生物完全分解，最终被无机化而成为自然界中生态循环的积极参与者。众所周知，“纸”是一种典型的生物降解材料，而“合成塑料”则是典型的高分子材料。那么，生物降解塑料是兼有“纸”和“合成塑料”这两种材料性质的高分子材料。
为了确立可以控制高分子材料的生物降解性，世界各国都在从基础与应用两方面开展着活跃的研究。1990年以来关于生物降解塑料的国际会议，每年在美国、欧洲、日本三地举行。据相关报道，现已研制开发成功了多种生物降解高分子材料，其中一部分已实现了工业规模的生产并且有些已经实用化，如加拿大St.Lawrance公司、Ampacet公司、Ferruzzi公司等，国内长春化学研究所、天津大学、四川大学也先后研制开发生物降解塑料[2]。国内外开发的生物降解塑料，一般分为两种[3]：一是天然高分子型，如淀粉、纤维素等；二是化学合成型，如聚己内酯、聚乳酸、聚3-羟基丁酸酯等。化学合成降解塑料由于价格昂贵等原因而限制了其应用范围，我国的生物降解塑料关键技术的先进性表现在克服了世界著名的意大利 Mater－Bi产品在耐候、耐湿及膜在高淀粉含量的情况下，干、湿强度不高的缺点，使用了补强剂、湿强剂及耐寒剂以扩大产品的应用范围。在天然高分子中，由于淀粉塑料价格低廉，加工简单，降解性能良好而倍受青睐。如果在餐饮、住宿、办公、购物等各个方面采用生物降解塑料产品，２００８年北京奥运会将减轻对石油资源的依赖，遏制白色污染，控制温室效应，减少对环境造成的负面影响，而且势必促进我国生物降解塑料产业的发展 。因此，发展生物降解塑料对整个生物圈乃至整个环境将有积极的意义。

（二）.光降解塑料

光降解塑料是指材料于日光照射下发生了裂化分解反应，使材料于日光照射后失去机械强度，变成粉末状，累积在自然界中。光降解塑料只有在日光作用下才能降解。能降解为小分子化合物进入生态循环的塑料只是极小部分，绝大部分塑料只是逐步崩解变为碎片或者粉末，也许肉眼看不见，但它们长期在土壤中被微生物吸收的情况尚未明了。塑料废弃物部分埋在土壤中或整个作为垃圾填埋在地下时，因缺光或缺氧、缺水而不会降解，只能将污染由可见变为不可见，而且对生态环境带来更大的潜在危害。光降解塑料的研究开发已有20余年的历史，在农业、工业、包装方面应用非常广泛，它的技术较为成熟。但是它在没有光的地方不能被分解，于是随之研制出了光—生物降解材料

（三）.光—生物双降解塑料

光生物双降解塑料是一类结合光和生物降解的作用,达到较完全降解目的的优良塑料[4]。该材料在日光照射下发生了裂化分解反应，使材料于日光照射后失去机械强度，变成粉末状，进一步被生物降解，进入自然生态循环。

光-生物降解塑料大多是聚烯烃塑料，辅以适量的光敏剂、生物降解剂、促进氧化剂和降解控制剂（包括稳定型、促进型、控制剂和生物降解增敏剂）。这类降解塑料可以分为两大类：一类是淀粉添加型光-生物降解塑料，如在LDPE膜中填充5%～12%淀粉、0.1%～0.3%FeSt3光敏剂，在自然爆晒下可控制LDPE膜的使用寿命。该膜在光敏剂作用下首先出现明显的光氧化降解，一段时间后，其表现出裂纹，裸露出填充的淀粉细粒，才产生生物侵蚀，达到光—生物降解的复合效果[5]。另一类是采用金属鳌合物作光敏剂，其光降解产物最终能生物降解这种方法的研究主要以英国伯明翰阿斯登大学的G.Scott教授为代表,光敏剂主要以盐、氧化物和有机金属化合物等形式的过渡金属。光-生物降解塑料实际上是光降解塑料的改进型，其应用领域与光降解塑料大体相同。光-生物降解技术受到社会各界越来越多的重视，成为开发新一代塑料能源的热点。

（四）.水降解塑料

这类塑料因具良好的水溶性、热塑加工性和生物降解性，近年来受到极大重视。其代表产品是聚乙烯醇。这一产品可挤塑，纺丝成型，可制得与纸复合高抗油脂的薄膜，适用于包装食品和有机溶剂。由其制得的纤维可代替石棉，抗静电，不吸尘，且易被微生物降解，还可制造农用水溶性薄膜，容器及一次性消费用品等等。其废弃物在潮湿土壤中，即可被微生物吞噬，降解为无污染的CO2和水。
目前尽管有关降解塑料的研究和报道较多，但许多具体问题不能解决，推广异常困难，前景不容乐观。原因是：一是因为可降解塑料袋承重能力低，不能满足顾客多装东西和反复使用的要求；二是可降解塑料袋色泽暗淡发黄，透明度低，给人一种不够清洁和难看之感，用起来不放心；三是价格偏高，由于商家是免费赠送，所以成本难以接受。尽管是可降解的塑料，也就是在我国市场上使用所谓“降解”塑料，大多是在不可降解的材料中添加一些光解材料或少量的淀粉使其分解为小的粉末，并没有真正意义上的降解，其对环境的污染及危害依然存在。 为了消除这种污染和危害，世界各国纷纷采取立法等措施对不能降解塑料的应用加以限制。随着各国对环保的重视，可完全生物降解新型材料日益普及。近年来，在发达国家中如美国、日本、德国、意大利等以完全生物降解塑料的开发研究最为活跃。国内也有多家学术单位及企业承担八五、九五、“八六三”研究可完全生物降解材料PHB类新型材料的任务，有的甚至尝试了产业化生产，但是由于在基因菌株的表达、发酵控制及后期提取等方面没有新的突破，其产业化成本仍然太高。但是，随着人们生活水平的提高和环保意识的不断加强 ，研究废弃塑料的回收途径 ，开发可降解塑料，解决日益恶化的环境污染仍是当今材料领域重要的研究课题。

二．可降解塑料对环境保护的应用

进入21世纪以来，保护地球环境、构筑资源环境型社会，走可持续发展道路，已成为世界关注的热点和紧迫任务。大量科学研究证明：生物降解塑料通过产品整个生命周期分析，已确认为环境底负荷材料，并且相当一部分生物降解塑料的主要原料是来自于可年年再生的农业资源，作为有限的、日渐减少、日趋枯竭的不可再生的石油资源的补充替代，也成为全球瞩目的发展趋势。国内外对降解材料的研究开发已经取得了一定程度的进展，目前正从资源、技术、环保、经济、市场等多方位考虑，研究新技术，开发新产品，开拓新市场。但从总体情况来看，当前降解塑料仍处在技术有待进一步深化研究，工艺进一步完善，并致力于提高性能，降低成本，拓展用途和逐渐推向市场的阶段[6]。

我国作为最大的发展中国家，由于人口众多，科技落后，工业化发展缓慢，前期环保意识淡薄，所以环境污染特别是不可降解的塑料制品带来的"白色污染"已向我们亮出了一张又一张的黄牌。面对次现状和我国的基本国情，我国政府出台了相关法律、法规，包括《中华人民共和国固体废弃物处理法》、《关于加强重点交通干线、流域及旅游景区塑料包装废物管理的若干意见》、《一次性可降解餐饮具通用技术条件》、《关于加强淘汰一次性发泡塑料餐具执法监督工作的通知》、《关于立即停止生产一次性发泡塑料餐具的紧急通知》等，以增强人民法制环保意识和法制环保观念。众所周知的是发泡塑料快餐盒，因其方便美观而深受大家喜爱，可是铁路沿线，旅游景区，江河湖泊却深受其害。据调查统计，长江上游非降解塑料漂浮物，流至葛洲坝时，造成大量淤积，每天多达百吨，每个城市内河都受到塑料漂浮物的严重污染。然而，在日常生活中方便人们购物的塑料袋，若按我国人均每天一个计算，一年要用掉4380多亿个。一个塑料袋重约8g，总重量是35亿多公斤，而每亩地若含塑料残膜3.9 kg，就会使玉米减产11%～23%，小麦减产9%～16%，且这种污染是很难消除的，塑料物品埋入地下降解约为两千年，燃烧又污染大气。因此，可降解塑料的应用势在必行。

我国可降解塑料的开发研究基本与世界同步。我国的降解塑料始于农用地膜，70年代即开始了光降解塑料地膜的研制，1990年前后，出现了淀粉填充于通用塑料的生物降解塑料，同时，在光降解塑料的基础上，开发同时填充淀粉的兼具光降解和生物降解的地膜。目前，各类降解地膜正在发展中，尚处于应用示范推广阶段。在购物袋、垃圾袋和一次性塑料包装方面，降解塑料的应用和发展越来越成熟。目前，我国已在天津建成最大的降解塑料生产基地，该基地由天津丹海股份公司采用天津大学“八五”科技攻关成果建成，其生产能力为3万吨/天生物降解塑料母料及1万吨/天。这一基地开发的制品以淀粉为主要原料，与聚乙烯混合，其淀粉含量高达75%，产品易降解，且保持塑料原有功能，成本大大低于普通塑料[6]。不仅如此，随着社会的发展和科学技术的不断进步，降解原料种类也日益增多。由福州兴创轻工机械技术开发有限公司开发的光-生物降解聚丙烯快餐盒生产技术，已通过国家塑料检测中心的"GB18006.1 - 1999标准"鉴定。利用该技术可生产①以谷壳、玉米秆、稻草等为原料的快餐盒；②光—生物降解聚丙烯快餐盒；③淀粉型生物降解快餐盒；④添加无机物通用型快餐盒(可焚烧,不会产生二恶英)[7]。此外，武汉大学科技人员以魔芋为原料，经过生物改性制成低成本、全降解薄膜，这种薄膜厚度仅在0.008mm～0.02mm，其抗拉强度、韧性、透明度等性能都可以与同样厚度的塑料薄膜相比，其保温、保湿性能还优于塑料薄膜，这项技术目前已通过鉴定[8]。从中可以看到，我国降解塑料的潜在市场是非常巨大的，对发展中国家是一个良好的机遇，也是一个战略性的挑战，发展可降解塑料包装制品是我国包装工业的发展趋势，也是国情的基本需求。

随着人们人民生活水平的不断提高和环保意识的不断增强，可降解塑料已越来越被国家和社会重视，我国大部分城市已明令规定必须使用降解塑料制品。随着技术的不断提高，生产的逐步扩大，使得可降解塑料的使用也日益广泛。目前，可降解塑料的用途主要有两个领域:一是原来就使用普通塑料的领域，在这些领域，使用或消费后的兼制品难于收集回收，并对环境造成危害，如农用地膜，保水材料，购物袋，垃圾袋和一次性塑料包装等；二是以塑料代替其他材料的领域。在这些领域使用降解塑料可带来方便，如手术缝合线和骨折固定材料，热带雨林苗木固定材料等。经过多年研究开发，可降解塑料，一种治理塑料废弃物的全新技术途径，已取得令人满意的进展。据权威部门统计，在我国，1992年我国地膜用量为210Kt，包装材料为240Kt，而2000年地膜和包装材料用量分别增至300Kt和400Kt[ 9 ]， 据专家分析，生物降解材料有着巨大的市场需求。仅仅在塑料制造领域，全球塑料需求量2005年已超过1.5亿吨，我国每年对塑料原材料的需求量超过全球的1／4,接近4000万吨；在医疗应用领域，医用生物降解材料的应用前景十分广阔，在中国的需求量将达到数百亿元人民币。完全降解材料技术将给数以万亿计的材料市场带来革命性的变化。然而，在发达的美国、欧共体和日本年产塑料垃圾分别为1300万t、150万t、6.5万t[10]垃圾造成的环境污染已成为全球性的问题。

专家们认为，要使降解塑料成为广泛使用的材料，还需要解决三个课题：低成本、高性能、寿命可控。

三．展望

大力发展降解塑料，符合“绿色环保”的要求，符合社会进步的要求，符合人民的根本利益，具有划时代的意义和非常可观的前景，相信可降解塑料这项科技产品将会给地球带来空前绝后的净化洗礼，成为二十一世纪打开无污染大门的“排头兵”。

四.致谢

在本次毕业设计中，指导老师李晶对该论文从选题、构思、资料收集到最后定稿的各个环节给予的细心指导与教导，使我对可降解塑料及环境保护有了深刻的认识使我得以最终完成毕业设计，在此表示衷心的感谢。同时也感谢贾冬梅老师在毕业论文设计上的指导和帮助。在大学三年生涯里，还得到众多老师的关心支持和帮助，在此，谨向老师们致意衷心的感谢和崇高的敬意！

在大学三年生活中，不断得到舍友王山岭、李骥、张忠峰、李现良、李富永及其他同学的关心和帮助，让我在学习和生活中不断得到友谊的温暖与关怀最重要的是一种精神上的激励让我非常感动。特别要感谢我的家人，一直给予我各方面的关怀与支持，让我茁壮成长。

最后，我要向百忙之中抽出时间对本文进行审阅、评议和参加本人毕业答辩的各位师长表示感谢！

参考文献

［1］ 应宗荣.现代塑料加工应用,2000,12(1):55

［2］ 白福臣.现代塑料加工应用,2000 ,12(5):54

［3］ 翟羽伸.石油化工,1991 ,20(2):130

［4］ 王文英,张振亮.降解塑料的开发研究现状及存在问题.现代塑料加工应用,2000,12(1):55

［5］ 应宗荣.降解性高分子材料的研究开发进展.现代塑料加工应用,2000,12(1):40

［6］ 唐赛珍,陶欣.降解塑料通讯,2000,26

［7］ 丁浩.塑料应用技术,北京:化学工业出版社

［8］ 化工新型材料,2000 ,28(9):45～46

［9］ 化工进展,2000 ,19(5):39

［10］ 高建平,王为.淀粉基生物降解塑料材料.高分子材料科学与工程,1998,14(4):17～23

可降解塑料对环境保护的应用