包裝紙降解膜 研發(fā)降解薄膜需要有那些基礎知識

研發(fā)降解薄膜需要有那些基礎知識

合成高分子材料由于具有質輕、耐腐蝕等優(yōu)異特性，很大程度上代替了傳統(tǒng)天然材料如玻璃、金屬、陶瓷等。但塑料由于在自然環(huán)境中的化學穩(wěn)定性以及廣泛使用，其廢棄物對環(huán)境造成了極大的負擔。因此，開發(fā)具有生物降解性能的高分子材料對于解決塑料廢棄物污染具有重大意義。

近年來，降解塑料技術日趨成熟，而利好政策的出臺進一步加速了其產業(yè)化進程。目前降解塑料市場需求巨大，將迎來發(fā)展的黃金時期。

研發(fā)品類豐富，多種材料已產業(yè)化

開發(fā)可自然降解的塑料制品來替代普遍使用的普通塑料制品是20世紀90年代的熱點。近年來，隨著原料生產和制品加工技術的進步，降解塑料尤其是生物降解塑料重新受到關注，成為可持續(xù)和循環(huán)經濟發(fā)展的亮點。

生物降解塑料是指，在自然界如土壤和/或沙土等條件下，和/或特定條件如堆肥化條件下或厭氧消化條件下或水性培養(yǎng)液中，由自然界存在的微生物作用引起降解，并最終完全降解變成二氧化碳（CO2）或/和甲烷（CH4）、水（H2O）及其所含元素的礦化無機鹽以及新的生物質的塑料。生物降解塑料因為在一定條件下可以生物降解，不增加環(huán)境負荷，是解決白色污染的有效途徑。

按照來源，生物降解高分子材料可分為三類：天然高分子、微生物合成高分子和化學合成高分子。

天然高分子通常是將天然多糖，特別是淀粉進行改性，或與合成高分子共混，可以達到低成本大規(guī)模的生產，但是這種將天然和合成高分子材料的結合，性能和應用比較局限。

微生物合成高分子，主要是指微生物消耗淀粉、脂肪等生物碳源，在微生物體內合成的聚酯或多糖如羥基脂肪酸酯（PHA），可在自然環(huán)境中實現(xiàn)完全生物降解。

化學合成高分子種類繁多，代表性的有生物可降解聚酯等，可以通過分子鏈的設計、物理化學改性來調節(jié)材料的力學性能、降解速率、加工性能等，從而獲得廣泛應用，如聚乳酸（PLA）、聚對苯二甲酸己二酸丁二醇酯（PBAT）和聚丁二酸丁二醇酯（PBS）。

全球研發(fā)的可降解塑料多達幾十種，其中能工業(yè)化生產的主要包括化學合成的PBAT、PLA、PBS；微生物發(fā)酵合成的聚羥基脂肪酸酯（PHA），以及天然高分子淀粉與其共混物，如淀粉/PVA、淀粉/PBS、淀粉/PLA等。

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聚丁二酸丁二醇酯（PBS）

PBS由丁二醇和丁二酸縮聚反應所得，具有較高的熔點，略作改性就能夠承受100℃的高溫，降解性能優(yōu)異，可在自然條件下進行生物降解。

早在20世紀30年代，Carothers首次合成了PBS，但由于其分子量低并且穩(wěn)定性差被放棄。直到1993年，日本昭和高分子公司研發(fā)了異氰酸酯擴鏈制備高分子量的PBS技術，才使PBS作為高分子材料進入人們的視野，并因其良好的力學性能和生物降解性能得到了材料界的高度關注。國內PBS研究始于21世紀初期，主要研究單位有中國科學院理化技術研究所工程塑料國家工程研究中心、清華大學、四川大學等。2006年，中國科學院理化技術研究所工程塑料國家工程研究中心與浙江杭州鑫富藥業(yè)合作，首次實現(xiàn)具有自主知識產權的一步法PBS產業(yè)化。

目前PBS的合成方法有化學聚合法和酶聚合法兩類。酶聚合法生產成本高、分子量低，只具有學術研究價值。直接酯化法是工業(yè)上應用最廣的生產方法，酯交換法使用丁二酸二甲酯與等量的丁二醇，在高溫、高真空以及催化劑的作用下，進行酯交換反應并脫除甲醇；擴鏈反應則是為了進一步提高產物分子量，利用擴鏈劑的活性基團與聚酯的端羥基反應。

PBS加工方便、耐熱性好、綜合力學性能優(yōu)異、用途廣泛，既可以用于可降解包裝（食品袋、瓶子、餐盒餐具）、農業(yè)領域（農用薄膜、化肥緩釋材料），還可以用于醫(yī)用領域（如人造軟骨、縫合線、支架）等。

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聚己二酸對苯二甲酸丁二醇共聚酯（PBAT）

PBAT是降解聚酯的另一種常見產品，目前業(yè)內一般將其歸屬PBS的同系列產品。PBAT是脂肪族-芳香族共聚酯，結晶率低，分子鏈有柔性的脂肪鏈和剛性的芳環(huán)，具有優(yōu)良的力學性能。而且由于脂肪族酯鍵的存在，同時具有良好的生物可降解性，可自然降解。

PBAT可由己二酸（AA）、對苯二甲酸（PTA）和1,4-丁二醇（BDO），在催化劑的作用下直接酯化后熔融縮聚而成。直接酯化法工藝合理、流程短、生產效率高、投資少、產品品質穩(wěn)定。開發(fā)高效綠色催化劑，提高產率和產品的質量是工業(yè)合成PBAT的重點方向。國際上最早實現(xiàn)了PBAT產業(yè)化的是德國巴斯夫的Ecoflex。在國內，一般企業(yè)都進行了脂肪族降解聚酯的柔性設計，PBS、PBAT、PBST及PBSA等PBS同系列聚酯和共聚酯可以在一條生產線進行切換生產。

PBAT具有十分優(yōu)異的成膜性能，廣泛用于地膜、膜袋包裝等領域，是目前發(fā)展最快、應用最廣泛的降解塑料品種之一。

我國已建和在建PBS/PBAT產能情況如表1所示。

表1我國已建和在建PBS/PBAT產能情況萬噸/年

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聚乳酸（PLA）

PLA又稱聚丙交酯，以乳酸或其衍生物乳酸酯為原料，來源可再生。PLA玻璃化轉變溫度為55℃，熔點為175℃，高分子量的PLA是無色、光滑的硬塑料，高強度、高模量，其力學性能與PS相似，拉伸以及彎曲模量高于HDPE，但是本身韌性較差。適宜注塑、吹塑、熱成型、擠出、流延、熔融紡絲和靜電紡絲等多種加工工藝。

PLA是比較典型的生物質基降解塑料，其原料乳酸大多通過淀粉等發(fā)酵制備得到，目前市場工藝和技術已經非常成熟。乳酸的聚合包括間接合成法和直接合成法。直接合成法也稱一步法，由乳酸直接脫水縮合，但直接法目前還沒有可靠的工藝制備高分子量的聚乳酸產品。目前實現(xiàn)了規(guī)模生產的PLA工藝都是間接法即丙交酯開環(huán)聚合，先由乳酸分子間發(fā)生酯化反應合成乳酸寡聚體，高溫裂解得到丙交酯，然后丙交酯在一定條件下開環(huán)聚合得到PLA。間接法得到和PLA分子量高，分子量分布窄，生產工藝易控制，是工業(yè)上常用的生產方法。

PLA可在堆肥條件下完全將降解，具有較好的生物相容性和生物吸收性，廣泛應用于生物醫(yī)用材料領域。PLA產品工業(yè)化、市場化程度比較領先。世界PLA生產商有近20家，主要集中在美國、德國、日本和中國。美國NatureWorks公司為全球最大的PLA生產商，擁有14萬噸/年的PLA生產裝置，產品主要用于包裝和纖維。近兩年我國PLA的生產進入飛速發(fā)展階段，目前已建和在建的PLA裝置如表2所示。

表2我國已建和在建PLA產能情況萬噸/年

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微生物合成聚酯－聚羥基脂肪酸酯（PHA）

自然界中許多微生物都用PHA貯藏能量。PHA具有良好的生物相容性能、生物降解性和塑料的熱加工性能，因此可將其作為生物可降解材料。PHA的大多數(shù)單體是鏈長3~14個碳原子的3-羥基脂肪酸，側鏈是高度可變的飽和或不飽和支鏈、脂肪族或芳香族的基團。PHA可以是同一種脂肪酸的均聚物，也可以是不同脂肪酸的共聚物。由細胞自身代謝提供的單體通常是3-羥基脂肪酸并且為R構型，使PHA具有光學活性。PHA的材料學性質隨著組成單體的不同、分子量的高低而改變，可應用于從硬而脆的塑料到柔軟的彈性體等材料。

PHA由于在不同的環(huán)境中都具有較高的降解能力，并且可以利用多種可再生原料（如葡萄糖、脂肪）作為培養(yǎng)微生物的碳源，吸引了科技界和工業(yè)界的廣泛關注。PHA可完全生物降解、易加工成型，但是其耐熱性和成膜性差且價格昂貴，適宜應用于生物醫(yī)用材料（植入人體材料或緩釋藥物），或是包裝材料、無紡布、高性能粘合劑等。在PHA主鏈中引入其他的HA結構單進行共聚可以有效改善PHA材料的力學性能和加工性能。另外，PHA還具有生物相容性、氣體阻隔性和光學活性，使其與一般生物降解高分子材料相比，具有更特殊的應用。

不同類型的PHA可以通過不同的生物合成途徑，由微生物的細胞中提取，然后再經過加工成型，制備出各種性能的塑料制品。微生物合成PHA的過程中主要有碳源、菌種、發(fā)酵過程控制和提取純化技術4種影響因素。

在PHA類聚酯中最典型并且應用最廣泛的為聚羥基丁酸酯（PHB）。微生物合成的PHB具有等規(guī)立體連構型，具有較高的結晶性，與PE性能相似,熔點在173～180℃，玻璃化轉變溫度在5℃左右。但是PHB比較脆，降解溫度與熔點接近，加工窗口比較窄。利用基因工程改造、重組菌種的PHA合成途徑，并研究其代謝過稱，實現(xiàn)在微生物體內PHB與不同結構的HA單體共聚，可以獲得性能更為優(yōu)異的材料。例如，3-羥基丁酸酯（HB）與3-羥基戊酸（HA）的共聚物PHBV，與PHB相比，PHBV的硬度和結晶度都有所降低，耐沖擊能力大幅增強，加工性能明顯改善，機械性能更接近于PP，是一種具有巨大潛在價值的生物可降解“綠色材料”。測試表明，其可用于各種食品的包裝袋，與食品接觸后，不會發(fā)生化學物質的遷移或者物理性能的損失，并且阻隔性能、機械強度在一定時間內具有較好的穩(wěn)定性。

我國PHA研究方面介入較早，處于世界先進水平。國內規(guī)?；a的單位有寧波天安生物材料有限公司，已經達到2000噸/年的生產能力；天津國韻生物科技有限公司，在天津已建設年產1萬噸/年的PHA生產線，與北京福創(chuàng)投資公司合作后，擬在吉林籌建10萬噸/年新工廠。我國已建、在建和擬建的PHA裝置產能情況如表3所示。

表3我國已建、在建PHA產能情況萬噸/年

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二氧化碳共聚物（PPC）

國外最早研究PPC的是日本和美國，但一直沒有工業(yè)化生產。我國于1985年由國家自然科學基金開始立項研究，主要研究單位有中科院廣州化學研究所、長春應用化學研究所、浙江大學和中山大學理工學院等。PPC是以二氧化碳礦源或工業(yè)生產的二氧化碳廢氣為原料，與環(huán)氧丙烷或環(huán)氧乙烷催化合成得到的脂肪族聚碳酸酯聚合物。目前主要用于發(fā)泡材料、薄膜包裝和醫(yī)用材料。產業(yè)化PPC的密度為125～130g/cm3，拉伸強度為30MPa。

內蒙古蒙西集團公司采用長春應用化學研究所的技術，利用水泥生產過程中產生的二氧化碳，已建成年產3000噸二氧化碳/環(huán)氧化合物共聚物的裝置，產品主要應用在包裝和醫(yī)用材料上。中國海洋石油總公司和中科院長化所合作，在海南東方化工城興建0.3萬噸/年二氧化碳共聚物可降解塑料項目。浙江臺州邦豐塑料有限公司從2010年6月開始利用長春應化所的專利技術，在浙江溫嶺市上馬工業(yè)區(qū)建設3萬噸/年二氧化碳基塑料生產線，2012年一期1萬噸/年生產線目建成。河南天冠集團有限公司以自主知識產權的二氧化碳捕獲技術和成套裝備技術，建成了千噸級PPC工業(yè)化生產線。江蘇中科金龍化工股份有限公司已建成年產22萬噸二氧化碳基聚碳酸亞丙酯多元醇生產線和年產160萬平方米高阻燃保溫材料生產線。

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其他降解高分子材料

01|聚ε-己內酯（PCL）

PCL是由七元環(huán)的ε－己內酯在辛酸烯錫等催化劑作用下開環(huán)聚合所得的熱塑性半結晶聚酯，具有較低的熔點和非常低的玻璃化轉變溫度，熔點只有60℃，玻璃化轉變溫度為-60℃，在室溫下是橡膠態(tài)，所以很少單獨使用。但PCL與許多樹脂均有較好的相容性，可與其他生物降解性聚酯（如淀粉、纖維素類的材料）共混加工。PCL制品還具有形狀記憶性，其熱穩(wěn)定性好，分解溫度比其他聚酯高得多。PCL多元醇在彈性體、涂料、膠粘劑等方面有廣泛應用。PCL具有良好的生物降解性，分解它的微生物廣泛分布在喜氣或厭氣條件下。PCL降解后的產物為二氧化碳和水，對人體無害。PCL和細胞外基質結構相似性，且具有生物相容性，因此可作生物醫(yī)用材料，是很有前景的組織工程材料。作為體內植入物或藥物控釋材料，已獲得美國FDA批準。PCL主要生廠商有UnionCarbide，Daicel,Chemical Ltd和Solvay。

02|聚乙烯醇（PVA）

PVA是由醋酸乙烯（VAc）經聚合醇解而制成。PVA是典型的水溶性高分子，玻璃化轉變溫度為60~85℃，熔點為200℃。分子中含有大量羥基，易通過氫鍵交聯(lián)形成大分子網絡結構。因此，PVA材料具有卓越的水溶性、成膜性、粘結性、反應性和生物親和性，同時具有良好的生物相容性和一定的生物降解性，可在PVA降解酶的作用下被降解。PVA結構規(guī)整，分子內存在很強的氫鍵，結晶度高使其熔融溫度高于分解溫度，熔融加工難度大。

03|天然材料基生物降解塑料

天然生物降解塑料中，熱塑性淀粉和植物纖維模塑已經產業(yè)化，其他天然材料尚處于基礎研究階段。武漢華麗生物材料有限公司建立了完整產業(yè)鏈，改性淀粉（PSM）生物塑料規(guī)模為3萬噸/年，產品包括粒料、薄膜、片材和注塑品等，銷往全球30多個國家和地區(qū)。其新建6萬噸/年規(guī)模的PSM生物塑料及制品研發(fā)生產基地以木薯淀粉、秸稈纖維為主要原料。深圳虹彩新材料科技有限公司以非糧木薯淀粉與甲殼素二項復合型熱塑性生物基改性塑料的專利技術，形成生物改性樹脂1.5萬噸/年規(guī)模，并在規(guī)劃建設二期5萬噸/年規(guī)模復合熱塑性生物基塑料及2萬噸/年制品的擴產。蘇州漢豐新材料有限公司年產4萬噸木薯變性淀粉，產品包括變性淀粉、添加母料、專用料、片材、膜袋類、注塑與吸塑類等，規(guī)?；戤a3萬噸級粒料及制品。

合金化、廉價化是改性的主要方向

由于降解塑料品種相對少，很難保證每一個制品都能找到合適的降解塑料樹脂，如PBS、PBAT韌性好，但強度較低；PLA強度高，透明性好，但韌性差；PHB有優(yōu)異的氣體阻隔性，但加工性能一般。因此，如何擷取各種降解塑料的優(yōu)點，取長補短地滿足制品的具體需求，是降解塑料應用的重要技術。

目前降解塑料樹脂價格相對較高，而降解塑料制品大多是普通的日用品，這將嚴重阻礙降解塑料制品的大規(guī)模推廣應用。開發(fā)廉價的降解塑料制品是降解塑料應用的核心內容之一，因此淀粉、碳酸鈣、滑石粉等不影響制品降解性能并能被環(huán)境消納的致廉劑在降解塑料改性體系中的應用，尤其是高比例的填充技術，成為降解塑料制品開發(fā)的重要技術之一。

降解塑料應用過程常見的改性技術包括填充改性、合金化改性和共聚改性。

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填充改性

填充改性就是在降解塑料樹脂中添加不熔融的粉體助劑，主要包括淀粉和無機粉體。其主要目的是制備廉價的專用料，有時也可以提高專用料的強度等力學性能。

常用的填充助劑是淀粉。它是常見的天然可降解高分子，來源廣泛、價格低廉，降解產物為二氧化碳和水，對環(huán)境沒有污染，而且它屬于可再生的生物質資源。該填充技術上最該關注的是淀粉的處理，因為淀粉和降解塑料的相容性較差，需要對淀粉進行塑化處理，讓淀粉能更好地與塑料基體結合。

另一種填充助劑是碳酸鈣和滑石粉等無機粉體。它們都是天然礦物粉，回歸自然后能被自然界消納，因此不會影響整個降解塑料體系的降解性能，但能有效降低改性料的成本，還能一定程度提高材料的強度。因此，在力學性能要求不高的制品中，使用碳酸鈣等填充非常普遍。該填充技術要注意的是粉體表面的偶聯(lián)處理，這將直接關系制品性能和可添加無機粉體的量。

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合金化改性

合金化改性是是降解塑料改性應用中最主要的技術之一。合金化材料是指由兩種或兩種以上的不同品種降解塑料，通過熔融共混復合而成專用料，一般含有一種連續(xù)組分和其他分散組分。材料的部分性能顯示連續(xù)相性能，部分性能顯示分散相性能。因此，可以得到集中幾種降解塑料優(yōu)點的新的專用料，可以滿足更多的制品需求。

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共聚改性

共聚改性是指在聚合物的分子鏈上引入其他結構單元，來改變聚合物的化學結構，實現(xiàn)對材料的改性。如PLA由于是疏水性聚合物，限制了其在某些領域（如藥物載體方面）的應用。一種有效的方法是利用丙交酯與親水性聚合物（如聚乙二醇、聚羥基乙酸、聚環(huán)氧乙烷）共聚，在PLA分子中引入親水性的基團或嵌段。例如將聚乙二醇與丙交酯開環(huán)聚合制備PLA-PEG-PLA緩釋材料，使PLA材料的親水性和降解速率都得到了改善，并且制備的PLA-PEG-PLA可成為緩釋材料的載藥微球。

PHBV具有生物相容性、光學活性等多種優(yōu)良性能，應用廣泛，但是其制品性質硬而脆且加工困難?？刹捎媒又Ω男缘姆椒?，在PHBV主鏈上引入極性功能基團聚乙烯吡咯烷酮（PVP），合成PHBV和PVP的接枝共聚物PHBV-g-PVP。該共聚物的結晶速率和結晶度均降低，膜的親水性增加，藥物緩釋速率增加。

技術日趨成熟，應用飛速發(fā)展

近幾年，生物降解塑料的應用飛速發(fā)展。目前生產和應用的降解塑料制品主要有包裝膜、垃圾袋、餐飲具以及醫(yī)用、農用地膜等。

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商超用包裝袋

商超用包裝袋是目前國內產量最大、技術最成熟的降解塑料制品，也最為常用和受民眾關注。從吉林第244號政府令、海南的禁塑令到剛出臺的《關于進一步加強塑料污染治理的意見》（即俗稱“禁塑令”），都把商超包裝袋作為首要的禁塑制品。目前我國全生物降解包裝袋生產企業(yè)眾多，產品不僅可滿足目前國內需求，還可規(guī)模出口。

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一次性餐飲具

隨著近年外賣的飛速發(fā)展，一次性餐飲具的污染廣受關注。但由于餐飲具的高耐熱要求，全生物降解餐飲具產品技術沒有完全達到要求，目前市場上大量的降解餐飲具仍是紙制品。隨著生產的發(fā)展和降解改性技術的提升，預計全生物降解塑料餐飲具將很快可以滿足市場需求。

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生物降解地膜

地膜已廣泛應用于農業(yè)生產，在增溫保濕、抗蟲防病、除草增產方面作用顯著，其生產、應用技術成熟，增產增收效益巨大。但國內多年來大面積的超薄地膜使用后的殘膜無法徹底清理回收，而且PE地膜因性能穩(wěn)定極難降解，導致殘膜在土壤中的比重逐年增加。

國際上關于降解地膜的研發(fā)已有40余年，國內多家科研、生產單位也進行了20多年的探索研究。生物降解地膜最大的優(yōu)點，就是殘留在土地后，在短期內就能被完全分解成二氧化碳和水，不會破壞和污染土壤。近年來，隨著國內降解樹脂原料生產和制品加工技術的進步，降解地膜尤其是完全生物降解地膜已取得較大進展。以PBAT樹脂為主要原料，通過改性吹塑的全生物降解地膜技術逐漸成熟，可望替代PE地膜。

目前，完全生物降解地膜在新疆等部分地區(qū)、部分農作物上進行了少量試用，但尚無真正大面積應用。從農田應用試驗效果上看，其能夠達到完全降解的效果，但增溫保墑功能與增產作用不穩(wěn)定，在部分氣候干燥地區(qū)及煙草、大蒜、花生等使用時間并不苛刻的作物上使用，有較好的效果。

政策利好，降解塑料迎來黃金發(fā)展期

我國是塑料生產和消費大國，也是白色污染最嚴重的國家之一。因此，我國各級政府向來高度重視塑料污染的治理和以降解塑料為代表的塑料制品替代品的開發(fā)技術。

國家發(fā)改委從2006年開始，先后建立生物基、資源綜合利用等專項基金支持生物基材料的發(fā)展。2008年，奧運會期間成功應用了生物降解材料（包括垃圾袋、一次性餐盒等）。海關總署頒布了相關生物降解塑料的海關編號。2010年，科技部863計劃提出了生物和醫(yī)藥技術領域重大化工產品的先進生物制造重大項目。2012年，國家發(fā)改委實施新材料、環(huán)保材料專項。2012年，國家發(fā)改委又對環(huán)保產品實施免增值稅或所得稅試點。2014年，國家發(fā)改委實施降解塑料產業(yè)集群補助政策，《吉林省禁止生產銷售和提供一次性不可降解塑料購物袋、塑料餐具規(guī)定》標志著國家和政府已經從鼓勵降解塑料研究開發(fā)向推進降解塑料產業(yè)化和強制應用推進。2018年4月，《中共中央國務院關于支持海南全面深化改革開放的指導意見要求》發(fā)布，國家從戰(zhàn)略角度第一次明確提出禁塑和推廣降解塑料。2019年9月9日，中央全面深化改革委員會對應對塑料污染問題做出部署，號召“積極推廣循環(huán)易回收可降解替代產品”。2020年1月19日，國家發(fā)改委、生態(tài)環(huán)境部公布《關于進一步加強塑料污染治理的意見》，要求到2020年底，我國將率先在部分地區(qū)、部分領域禁止、限制部分塑料制品的生產、銷售和使用；到2022年底，一次性塑料制品的消費量明顯減少，在商場、超市、藥店、書店推廣使用降解購物袋，推廣使用生鮮產品可降解包裝膜（袋）；餐飲外賣領域推廣使用秸稈覆膜餐盒等生物基產品、可降解塑料袋等替代產品，重點覆膜區(qū)域，推廣可降解地膜。

隨著國家禁塑相關政策的出臺，降解塑料迎來了最佳發(fā)展期。近兩年我國已經有大量企業(yè)進入降解塑料領域，降解塑料產能正在飛速上漲，但目前產能短期內還是滿足不了國家禁塑令導致的市場巨大需求。預計未來十年，將是我國降解塑料發(fā)展的黃金十年。

食品包裝用紙袋好還是塑料袋好

食品包裝袋，以往有許多人用的是塑料袋。幾年隨著人們環(huán)保意識的增強以及對于個人健康的關注，所以現(xiàn)在只帶成為了主要的食品包裝工具。塑料本身屬于化工產品，因此在接觸食物的時候，會產生一些有害的物質，對于人體會造成非常大的影響。這點在科學界已經得到了證明，所以，在大部分人都會采用紙袋兒，而不是塑料袋。

在的城市塑料污染非常嚴重。

從環(huán)保的概念來說，塑料袋屬于很難消除的垃圾，甚至上萬年都不可能分解。對于我們的環(huán)境來說是一個巨大的災難。一次從環(huán)保的方面來說，使用紙袋也是最好的選擇。通過上面的描述大家可以看出塑料袋兒有很多的弊端，因此我們應該選擇只帶希望朋友們能夠以身作則，愛惜身體和保護環(huán)境。

塑料的生物降解

“塑料在黃粉蟲腸道快速生物降解，揭示了丟棄在環(huán)境中塑料廢物的新命運?！北本┖娇蘸教齑髮W楊軍教授說。

塑料在環(huán)境中難以自然降解，而聚苯乙烯又是其中之最，由于高分子量和高穩(wěn)定性，普遍認為微生物無法降解聚苯乙烯類塑料。2015年北京航空航天大學楊軍教授研究組、深圳華大基因公司趙姣博士等在環(huán)境學科領域的權威期刊《EnvironmentalScience&Technology》上合作發(fā)表了兩篇姊妹研究論文，證明了黃粉蟲（面包蟲）的幼蟲可降解聚苯乙烯這類最難降解的塑料。

該研究顯示，以聚苯乙烯泡沫塑料作為唯一食源，黃粉蟲幼蟲可存活1個月以上，最后發(fā)育成成蟲，其所嚙食的聚苯乙烯被完全降解礦化為CO2或同化為蟲體脂肪。這種發(fā)現(xiàn)為解決全球性的塑料污染問題提供了思路。石油化工生產的塑料廢物污染是世界環(huán)境難題。大部分塑料一次性消費使用后即被丟棄。迄今為止學術界認為，塑料產品由于物理化學結構穩(wěn)定、在自然環(huán)境中可能數(shù)十至數(shù)百年不會被分解。

楊軍教授介紹，2013年全球消費2.99億噸塑料，其中聚苯乙烯類塑料占7%，每年消耗約2100萬噸，常見的塑料飯盒、咖啡杯等可承受開水溫度的材料即為聚苯乙烯。權威的調查已經表明，聚苯乙烯這種塑料在土壤、污泥、腐爛垃圾，或糞肥微生物群落里，4個月僅降解0.01%-3%的范圍。

每年全世界有4000萬噸的廢棄塑料在環(huán)境中積累,中國每年約有200萬噸廢棄塑料丟在環(huán)境里。以農田用農膜為例，我國農膜年產量達百萬噸,且以每年10%的速度遞增,無論覆蓋何種作物,所有覆膜土壤都有殘膜。據(jù)統(tǒng)計,我國農膜年殘留量高達35萬噸,殘膜率達42%，大量殘膜遺留在農田0-30厘米的耕作層。也就是說,有近一半的農膜殘留在土壤中,食品安全方面是一個極大隱患。

“塑料在土壤中完全被微生物同化,降解成CO2和水實現(xiàn)無機礦化,可能需要200-400年時間,從而造成在環(huán)境中的積累?！睏钴娊淌诟嬖V羊城晚報記者。 2005年起，楊軍團隊開始研究塑料生物降解。主攻最難降解的聚苯乙烯等塑料降解。

科學家此前使用幾種土壤無脊椎動物實驗，如蚯蚓、千足蟲、蛞蝓、蝸牛等看看其能否吃掉塑料。在飼喂14C標記的塑料如聚氯乙烯（PVC）、聚乙烯（PE）和聚丙烯（PP），結果顯示無法降解。

楊軍認為，生物降解塑料的思路要開拓，不能只局限于微生物,可以考慮鱗翅目昆蟲、白蟻等,海洋中的蛀船蟲和鉆孔蚌能侵蝕聚乙烯和海底電纜，也可考慮從這些生物中分離并克隆能產生活性基團的關鍵酶及其基因。

楊軍團隊的2014年研究發(fā)現(xiàn)，蠟蟲（印度谷螟幼蟲）能夠咀嚼和進食聚乙烯PE薄膜，幼蟲腸道分離出能夠降解PE薄膜的兩種菌株，即腸桿菌屬YT1和芽孢桿菌YP1。隨后研究團隊發(fā)現(xiàn)，黃粉蟲幼蟲是一種吃掉塑料更為厲害的動物，其尺寸比蠟蟲更大（通常長35毫米，寬度3毫米），其可以將泡沫塑料作為唯一食品。黃粉蟲有4個生活階段：卵、幼蟲、蛹和成蟲。

黃粉蟲又叫面包蟲，在昆蟲分類學上隸屬于鞘翅目，擬步行蟲科，粉甲蟲屬（擬步行蟲屬）。原產北美洲，50年代從前蘇聯(lián)引進中國飼養(yǎng)，黃粉蟲被譽為“蛋白質飼料庫”。其干品含脂肪30%，含蛋白質高達50%以上，此外還含有磷、鉀、鐵等多種元素。干燥的黃粉蟲幼蟲含蛋白質40%左右、蛹含57%、成蟲含60%。

在中國國內，黃粉蟲實際上類似蠶，人類可以直接食用，炒著吃，也可以用來做飼料，黃粉蟲作飼料喂養(yǎng)的蝎子、蜈蚣、蛤蚧、蛇、熱帶魚和金魚，不僅生長快、成活率高，而且抗病力強，繁殖力也大大提高。養(yǎng)殖黃粉蟲十分容易，養(yǎng)殖戶可用新鮮燕麥、小麥糠、蘋果養(yǎng)殖。楊軍教授的團隊從中石化燕山分公司購買了聚苯乙烯塑料原料，這些原料中沒有添加劑和催化劑。而α-13C、β-13C標記的聚苯乙烯塑料樣品則從美國購買。黃粉蟲從北京大興、河北秦皇島等昆蟲養(yǎng)殖場購買，用谷物飼養(yǎng)，這些蟲子位于3-4蟲齡（即褪了3-4次皮）。

這些黃粉蟲被放置在一個有泡沫塑料塊的聚丙烯塑料容器里。實驗人員定期測量被黃粉蟲吃掉的泡沫塑料塊重量，對照組是常規(guī)麥麩飼養(yǎng)的黃粉蟲，實驗中500個黃粉蟲以5.8克的泡沫為唯一食物，在控制條件的溫室中單獨飼養(yǎng)（25±1°C，80±2%濕度，和16:8光/暗周期）。在孵化過程中，死亡的黃粉蟲立即去除。

楊軍等人在實驗中，以泡沫塑料為單一食源喂養(yǎng)黃粉蟲幼蟲。對比正常飼養(yǎng)(喂食麩皮)和停食的幼蟲，結果發(fā)現(xiàn)，在16天實驗期內，幼蟲干重盡管并未如正常飼養(yǎng)的幼蟲顯著增加(+33.6%)，僅小量增加了0.2%（這是由于相比麩皮，泡沫塑料的水含量和營養(yǎng)價值較低），但也未像停食的幼蟲干重明顯降低(-24.9%)，并且對比喂食塑料和麩皮兩組的幼蟲存活率，并無明顯差異。

100只黃粉蟲每天可以吃掉34-39毫克的泡沫塑料。在16天的試驗期，蟲子攝入泡沫塑料中47.7%轉化為CO2。而殘留（約49.2%）被轉化為類似兔糞便的生物降解顆粒被排泄出體外。試驗用α-13C或β-13C標記的聚苯乙烯塑料證實其被礦化為碳13標記二氧化碳和脂類。幼蟲腸道內聚苯乙烯泡沫停留時間不超過24小時就降解。

用聚苯乙烯泡沫塑料作為唯一食物的幼蟲，與那些喂以正常食物（麥麩）的蟲子過了1個月后，健康情況一樣，最后發(fā)育成甲殼成蟲。黃粉蟲在泡沫上吃出了一個一個洞。通過蟲子的腸道后，攝入的泡沫塑料的化學結構和組成發(fā)生變化。通過采用凝膠滲透色譜（GPC）、碳13的核磁共振光譜，熱重傅里葉變換紅外光譜，證實了幼蟲腸道中聚苯乙烯長鏈分子斷裂形成蟲子代謝產物隨著糞便排出。

實驗還進一步在幼蟲腸道中成功分離出可以利用聚苯乙烯為唯一碳源進行生長的聚苯乙烯降解細菌——微小桿菌YT2（Exiguobacteriumsp.YT2）。該菌株已保存在中國微生物菌種保藏管理委員會普通微生物中心和國家基因庫，是國際上報道的第一株保存在菌種中心的聚苯乙烯降解細菌。我們通常所用的塑料并不是一種純物質，它是由許多材料配制而成的。其中高分子聚合物(或稱合成樹脂)是塑料的主要成分，此外，為了改進塑料的性能，還要在高分子化合物中添加各種輔助材料，如填料、增塑劑、潤滑劑、穩(wěn)定劑、著色劑、抗靜電劑等，才能成為性能良好的塑料。

塑料助劑又叫塑料添加劑，是聚合物（合成樹脂）進行成型加工時為改善其加工性能或為改善樹脂本身性能所不足而必須添加的一些化合物。例如，為了降低聚氯乙烯樹脂的成型溫度，使制品柔軟而添加的增塑劑；又如為了制備質量輕、抗振、隔熱、隔音的泡沫塑料而要添加發(fā)泡劑；有些塑料的熱分解溫度與成型加工溫度非常接近，不加入熱穩(wěn)定劑就無法成型。因而，塑料助劑在塑料成型加工中占有特別重要的地位。防止塑料在加熱成型或在高溫使用過程中受熱氧化，而使塑料變黃，發(fā)裂等。

除了上述助劑外，塑料中還可加入阻燃劑、發(fā)泡劑、抗靜電劑、導電劑、導磁劑、相容劑等。以滿足不同的使用要求。根據(jù)各種塑料不同的使用特性，通常將塑料分為通用塑料、工程塑料和特種塑料三種類型。

①通用塑料

一般是指產量大、用途廣、成型性好、價格便宜的塑料。通用塑料有五大品種，即聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)及丙烯腈─丁二烯─苯乙烯共聚合物（ABS）。這五大類塑料占據(jù)了塑料原料使用的絕大多數(shù)，其余的基本可以歸入特殊塑料品種，如：PPS、PPO、PA、PC、POM等，它們在日用生活產品中的用量很少，主要應用在工程產業(yè)、國防科技等高端的領域，如汽車、航天、建筑、通訊等領域。塑料根據(jù)其可塑性分類，可分為熱塑性塑料和熱固性塑料。通常情況下，熱塑性塑料的產品可再回收利用，而熱固性塑料則不能，根據(jù)塑料的光學性能來分，可分為透明、半透明及不透明原料，如PS、PMMA、AS、PC等屬于透明塑料，而其它大多數(shù)塑料都為不透明塑料。

常用塑料品種性能及用途

1．聚乙烯：常用聚乙烯可分為低密度聚乙烯（LDPE）、高密度聚乙烯（HDPE）和線性低密度聚乙烯（LLDPE）。三者當中，HDPE有較好的熱性能、電性能和機械性能，而LDPE和LLDPE有較好的柔韌性、沖擊性能、成膜性等。LDPE和LLDPE主要用于包裝用薄膜、農用薄膜、塑料改性等，而HDPE的用途比較廣泛，薄膜、管材、注射日用品等多個領域。

2．聚丙烯：相對來說，聚丙烯的品種更多，用途也比較復雜，領域繁多，品種主要有均聚聚丙烯（homopp），嵌段共聚聚丙烯（copp）和無規(guī)共聚聚丙烯（rapp），根據(jù)用途的不同，均聚主要用在拉絲、纖維、注射、BOPP膜等領域，共聚聚丙烯主要應用于家用電器注射件，改性原料，日用注射產品、管材等，無規(guī)聚丙烯主要用于透明制品、高性能產品、高性能管材等。

3．聚氯乙烯：由于其成本低廉，產品具有自阻燃的特性，故在建筑領域里用途廣泛，尤其是下水道管材、塑鋼門窗、板材、人造皮革等用途最為廣泛。

4．聚苯乙烯：作為一種透明的原材料，在有透明需求的情況下，用途廣泛，如汽車燈罩、日用透明件、透明杯、罐等。

5．ABS：是一種用途廣泛的工程塑料，具有杰出的物理機械和熱性能，廣泛應用于家用電器、面板、面罩、組合件、配件等，尤其是家用電器，如洗衣機、空調、冰箱、電扇等，用量十分龐大，另外在塑料改性方面，用途也很廣。

②工程塑料

一般指能承受一定外力作用，具有良好的機械性能和耐高、低溫性能，尺寸穩(wěn)定性較好，可以用作工程結構的塑料，如聚酰胺、聚砜等。在工程塑料中又將其分為通用工程塑料和特種工程塑料兩大類。工程塑料在機械性能、耐久性、耐腐蝕性、耐熱性等方面能達到更高的要求，而且加工更方便并可替代金屬材料。工程塑料被廣泛應用于電子電氣、汽車、建筑、辦公設備、機械、航空航天等行業(yè)，以塑代鋼、以塑代木已成為國際流行趨勢。

通用工程塑料包括：聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯、改性聚苯醚、熱塑性聚酯、超高分子量聚乙烯、甲基戊烯聚合物、乙烯醇共聚物等。

特種工程塑料又有交聯(lián)型的非交聯(lián)型之分。交聯(lián)型的有：聚氨基雙馬來酰胺、聚三嗪、交聯(lián)聚酰亞胺、耐熱環(huán)氧樹指等。非交聯(lián)型的有：聚砜、聚醚砜、聚苯硫醚、聚酰亞胺、聚醚醚酮（PEEK）等。

③特種塑料

一般是指具有特種功能，可用于航空、航天等特殊應用領域的塑料。如氟塑料和有機硅具有突出的耐高溫、自潤滑等特殊功用，增強塑料和泡沫塑料具有高強度、高緩沖性等特殊性能，這些塑料都屬于特種塑料的范疇。

a.增強塑料：

增強塑料原料在外形上可分為粒狀（如鈣塑增強塑料）、纖維狀（如玻璃纖維或玻璃布增強塑料）、片狀（如云母增強塑料）三種。按材質可分為布基增強塑料（如碎布增強或石棉增強塑料）、無機礦物填充塑料（如石英或云母填充塑料）、纖維增強塑料（如碳纖維增強塑料）三種。

b.泡沫塑料：

泡沫塑料可以分為硬質、半硬質和軟質泡沫塑料三種。硬質泡沫塑料沒有柔韌性，壓縮硬度很大，只有達到一定應力值才產生變形，應力解除后不能恢復原狀；軟質泡沫塑料富有柔韌性，壓縮硬度很小，很容易變形，應力解除后能恢復原狀，殘余變形較?。话胗操|泡沫塑料的柔韌性和其他性能介于硬質與軟質泡沫塑料之間。根據(jù)各種塑料不同的理化特性，可以把塑料分為熱固性塑料和熱塑性塑料兩種類型。

(1)熱塑性塑料

熱塑性塑料(Thermo plastics)：指加熱后會熔化，可流動至模具冷卻后成型，再加熱后又會熔化的塑料；即可運用加熱及冷卻，使其產生可逆變化(液態(tài)←→固態(tài))，是所謂的物理變化。通用的熱塑性塑料其連續(xù)的使用溫度在100℃以下，聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯并稱為四大通用塑料。熱塑料性塑料又分烴類、含極性基因的乙烯基類、工程類、纖維素類等多種類型。受熱時變軟，冷卻時變硬，能反復軟化和硬化并保持一定的形狀?？扇苡谝欢ǖ娜軇?，具有可熔可溶的性質。熱塑性塑料具有優(yōu)良的電絕緣性，特別是聚四氟乙烯（PTFE）、聚苯乙烯(PS)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)都具有極低的介電常數(shù)和介質損耗，宜于作高頻和高電壓絕緣材料。熱塑性塑料易于成型加工，但耐熱性較低，易于蠕變，其蠕變程度隨承受負荷、環(huán)境溫度、溶劑、濕度而變化。為了克服熱塑性塑料的這些弱點，滿足在空間技術、新能源開發(fā)等領域應用的需要，各國都在開發(fā)可熔融成型的耐熱性樹脂，如聚醚醚酮（PEEK）、聚醚砜(PES)、聚芳砜(PASU)、聚苯硫醚(PPS)等。以它們作為基體樹脂的復合材料具有較高的力學性能和耐化學腐蝕性，能熱成型和焊接，層間剪切強度比環(huán)氧樹脂好。如用聚醚醚酮作為基體樹脂與碳纖維制成復合材料，耐疲勞性超過環(huán)氧/碳纖維。它的耐沖擊性好，在室溫下具有良好的耐蠕變性，加工性好，可在240～270℃連續(xù)使用，是一種非常理想的耐高溫絕緣材料。用聚醚砜作為基體樹脂與碳纖維制成的復合材料在 200℃具有較高的強度和硬度，在-100℃尚能保持良好的耐沖擊性；無毒，不燃，發(fā)煙最少，耐輻射性好，預期可用它作航天飛船的關鍵部件，還可模塑加工成雷達天線罩等。

甲醛交聯(lián)型塑料包括酚醛塑料、氨基塑料（如脲－甲醛－三聚氰胺－甲醛等）。其他交聯(lián)型塑料包括不飽和聚酯、環(huán)氧樹脂、鄰苯二甲二烯丙酯樹脂等。

(2)熱固性塑料

熱固性塑料是指在受熱或其他條件下能固化或具有不溶（熔）特性的塑料，如酚醛塑料、環(huán)氧塑料等。熱固性塑料又分甲醛交聯(lián)型和其他交聯(lián)型兩種類型。熱加工成型后形成具有不熔不溶的固化物，其樹脂分子由線型結構交聯(lián)成網狀結構。再加強熱則會分解破壞。典型的熱固性塑料有酚醛、環(huán)氧、氨基、不飽和聚酯、呋喃、聚硅醚等材料，還有較新的聚苯二甲酸二丙烯酯塑料等。它們具有耐熱性高、受熱不易變形等優(yōu)點。缺點是機械強度一般不高，但可以通過添加填料，制成層壓材料或模壓材料來提高其機械強度。

以酚醛樹脂為主要原料制成的熱固性塑料，如酚醛模壓塑料（俗稱電木），具有堅固耐用、尺寸穩(wěn)定、耐除強堿外的其他化學物質作用等特點?？筛鶕?jù)不同用途和要求，加入各種填料和添加劑。如要求高絕緣性能的品種，可采用云母或玻璃纖維為填料；如要耐熱的品種，可采用石棉或其他耐熱填料；如要求抗震的品種，可采用各種適當?shù)睦w維或橡膠為填料及一些增韌劑以制成高韌性材料。此外還可以采用苯胺、環(huán)氧、聚氯乙烯、聚酰胺、聚乙烯醇縮醛等改性的酚醛樹脂以滿足不同用途的要求。用酚醛樹脂還可以制成酚醛層壓板，其特點是機械強度高，電性能良好，耐腐蝕，易于加工，廣泛應用于低壓電工設備。

氨基塑料有脲甲醛、三聚氰胺甲醛、脲素三聚氰胺甲醛等。它們具有質地堅硬、耐刮痕、無色、半透明等優(yōu)點，加入色料可制成彩色鮮艷的制品，俗稱電玉。由于它耐油，不受弱堿和有機溶劑的影響（但不耐酸），可在70℃下長期使用，短期可耐110～120℃，可用于電工制品。三聚氰胺甲醛塑料比脲甲醛塑料硬度高，有更好的耐水、耐熱、耐電弧性，可作耐電弧絕緣材料。

以環(huán)氧樹脂為主要原料制成的熱固性塑料品種很多，其中以雙酚A型環(huán)氧樹脂為基材的約占90%。它具有優(yōu)良的粘接性、電絕緣性、耐熱性和化學穩(wěn)定性，收縮率和吸水率小，機械強度好等特點。

不飽和聚酯和環(huán)氧樹脂都可以制成玻璃鋼，具有優(yōu)異的機械強度。如不飽和聚酯的玻璃鋼，其機械性能良好，密度?。ㄖ挥袖摰?/5至1/4，鋁的1/2），易于加工成各種電器零件。以苯二甲酸二丙烯酯樹脂制成的塑料的電性能和機械性能均優(yōu)于酚醛和氨基熱固性塑料。它吸濕性小，制品尺寸穩(wěn)定，成型性能好，耐酸堿及沸水和一些有機溶劑。模塑料適于制造結構復雜的、既耐溫又有高絕緣性的零件。一般可在-60～180℃的溫度范圍長期使用，耐熱等級可達F級到H級，比酚醛和氨基塑料的耐熱性都高。

聚硅醚結構形式的有機硅塑料在電子、電工技術中的應用較多。有機硅層壓塑料多以玻璃布為補強材料；有機硅模壓塑料多以玻璃纖維和石棉為填料，用以制造耐高溫、高頻或潛水電機、電器、電子設備的零部件等。這類塑料的特點是介電常數(shù)和tgδ值較小，受頻率影響小，用于電工和電子工業(yè)中耐電暈和電弧，即使放電引起分解，產物是二氧化硅而不是能導電的碳黑。這類材料有突出的耐熱性，可以在250℃連續(xù)使用。聚硅醚的主要缺點是機械強度低，膠粘性小，耐油性差。已開發(fā)出許多改性有機硅聚合物，例如聚酯改性有機硅塑料等在電工技術上得到應用。有的塑料既是熱塑性又是熱固性的塑料。例如聚氯乙烯，一般為熱塑性塑料，日本已研制出一種新型液態(tài)聚氯乙烯是熱固性的，模塑溫度為60～140℃；美國一種叫倫德克斯的塑料，既有熱塑性加工的特征，又有熱固性塑料的物理性能。

①烴類塑料。屬非極性塑料，具有結晶性和非結晶性之分，結晶性烴類塑料包括聚乙烯、聚丙烯等，非結晶性烴類塑料包括聚苯乙等。

②含極性基因的乙烯基類塑料。除氟塑料外，大多數(shù)是非結晶型的透明體，包括聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚醋酸乙烯酯等。乙烯基類單體大多數(shù)可以采用游離基型催化劑進行聚合。

③熱塑性工程塑料。主要包括聚甲醛、聚酰胺、聚碳酸酯、ABS、聚苯醚、聚對苯二甲酸乙二酯、聚砜、聚醚砜、聚酰亞胺、聚苯硫醚等。聚四氟乙烯。改性聚丙烯等也包括在這個范圍內。

④熱塑性纖維素類塑料。主要包括醋酸纖維素、醋酸丁酸纖維素、塞璐珞、玻璃紙等。根據(jù)各種塑料不同的成型方法，可以分為膜壓、層壓、注射、擠出、吹塑、澆鑄塑料和反應注射塑料等多種類型。

膜壓塑料多為物性的加工性能與一般固性塑料相類似的塑料；層壓塑料是指浸有樹脂的纖維織物，經疊合、熱壓而結合成為整體的材料；注射、擠出和吹塑多為物性和加工性能與一般熱塑性塑料相類似的塑料；澆鑄塑料是指能在無壓或稍加壓力的情況下，傾注于模具中能硬化成一定形狀制品的液態(tài)樹脂混合料，如MC尼龍等；反應注射塑料是用液態(tài)原材料，加壓注入膜腔內，使其反應固化成一定形狀制品的塑料，如聚氨酯等。