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生物分解塑料现状综述

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来源: 作者: 2018-10-28 22:27:25

生物分解塑料现状综述

0概述

国外降解塑料发展概述

在20世纪60年代末,一些国外学者从高分子材料老化的现象得到启发,开始研究可降解塑料,力图来解决日益严重的塑料废弃物污染问题。在前期,国外研究的降解塑料主要为光降解塑料,后来又逐渐增加了热氧降解塑料、水降解塑料和化学降解塑料等。但是,无论是光降解塑料,还是热氧降解塑料和水降解塑料,它们的降解需要一定的环境条件,而塑料废弃物废弃后,要么是被搁在封闭的垃圾处理系统(焚烧、填埋、堆肥等)中,要么就是曝露在条件不固定的自然环境中,很难保证光、热氧、水降解塑料所需要的固定条件。因此,这些早期研究和开发的降解塑料在大多数情况下,因为受条件限制无论是在垃圾处理系统中还是在自然环境而不能全部降解。

从20世纪80年代,国外开始研发生物分解塑料。生物分解塑料是指在有氧或缺氧条件下,能被微生物分解为二氧化碳(CO2)或甲烷、水(H2O)、所含元素的矿化无机盐以及新的生物质的一类塑料。而这些微生物在自然界中或堆肥的垃圾处理系统中是大量存在,也是很常见的,因此,生物分解塑料无论是在自然界或堆肥垃圾处理系统中,都很容易完全降解。

另外,由于生物分解塑料在燃烧时具有低的释放能量,因此,即便是在焚烧的垃圾处理系统中,生物分解塑料也具有非生物分解塑料无法比拟的环境友好的优势。至90年末,一些发达国家如美国、日本、比利时、意大利、德国等国家实现了生物分解塑料的规模化生产和应用。另外,韩国在2001年也开始全面推动生物分解塑料的发展和应用。

2000年,由日本主办的第一届有机垃圾循环利用国际研讨会在东京召开,多个从事生物分解材料的协会、企业等参加了会议并作了发言。从会议发表的论文中看出,国外对降解塑料推崇的还是生物分解塑料,而生物分解塑料在没有使用价值后被废弃时,选择的主要处理方式为堆肥化处理或厌氧消化处理。在美国和德国,生物分解塑料协会干脆将生物分解材料称作为可堆肥塑料,并对其进行认证和标志。

国内降解塑料发展概述

从20世纪80年代中期,国内开始研发可降解塑料,但是主要集中在光降解塑料。20世纪90年代初,可降解塑料的研发主要集中在添加型的降解塑料,主要为聚烯烃类聚合物添加或共混淀粉,到90年代中期,这种类型的降解塑料达到了高峰期。原因是一些企业,对降解塑料了解不深,但觉得又是有关环保的一个投资“契机”,有没有做深入的市场调查,也没有跟踪国外的动态,盲目上线,致使在几年之内,光是淀粉填充型的挤出生产线就达到上百条。由于这些添加型的降解塑料在大多数情况下,因为受条件限制,无论是在垃圾处理系统中还是在自然环境而不能全部降解。所以,随着人们对降解塑料更深层次的了解,这类降解塑料的市场,20世纪90年代中期后逐渐缩小,当目前为止,仅有少数几家降解母料生产企业在正常生产。

但是,在添加型塑料的研发上,我国科研人员作了许多工作,无论是在淀粉塑化,还是在聚合物中添加的淀粉或碳酸钙的比例的技术上,我国已经达到了国际水平。如果说,仅作为填充改性的塑料,这类降解塑料无疑在一定程度上用可再生的淀粉资源节省了石化资源的使用,因此,在某种程度上有一定的持续发展意义。可是,如果将这一类部分降解塑料与可生物分解的生物分解塑料或可持续发展的生物基聚合物来相提并论,却是夸大其词了。从20世纪90年代中期,我国开始研发生物分解塑料,科技部也对多家生产生物分解材料的科研单位或企业进行了资金支持。目前,我国生物分解材料主要集中在植物纤维如秸秆纤维模塑制品、淀粉模塑制品,而可生物分解塑料在整个生物分解材料中只占很少的一部分。能规模化生产的生物分解塑料的种类主要为PHBV(poly-(hydroxybutyrate-co-hydroxyvalerate),聚羟基丁酸酯戊酸酯),PPC(carbondioxide Copolymer,二氧化碳聚合物),PVA(聚乙烯醇),PEG(聚乙二醇),PHA(polyhydroxyalkanoi Corpolyhydroxyalkanoates,聚羟基脂肪酸酯);研发中的有PLA(polylacticacidorpolylactide,聚乳酸),PCL(Polycaprolactone,聚己内酯),PPDO(聚对二氧环己酮),PBS(Polybuthylenesuccinate,聚丁二酸丁二醇酯),PGA(poly(glycolicacid),聚乙交酯),PHB(polyhydroxybutyric acid orpolyhydroxybutyrate;聚-3-羟基丁酸),壳聚糖(polysaccharide),单宁聚氨酯,聚酯酰胺等。

1.天然生物分解材料

天然生物分解材料是指以天然聚合物为原料或添加可生物分解的添加剂,通过各种成型工艺加工制成的一类材料。这类材料包括了由淀粉、纤维素、植物纤维、木质素、甲壳素等天然聚合物制成的材料。

1.1淀粉基生物分解塑料

此类塑料是将淀粉进行改性,然后将改性后的淀粉与添加剂通过挤出、注塑等工艺加工成型。热塑性淀粉的生产原理是在一定的条件下使淀粉结构无序化,形成具有热塑性、易加工成型的材料。这类材料中淀粉为主要原料,添加的其他组分也是可生物分解的。

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