编号：CYYJ00090

篇名：降解塑料--一个新兴的产业

作者： 周乃元

关键词： 降解塑料

机构： 中国生物工程开发中心

原文： 国内外现状及趋势 　　资源与环境是人类在21世纪实现可持续发展所面临的重大问题，生物技术将成为解决这一问题的关键技术。在造成环境污染的诸多因素中，塑料废弃物造成的公害已引起了社会的广泛关注。有关方面的资料表明，21世纪初我国的塑料包装材料用量很大，年用量将达到5000万吨，如果这其中有30％为一次性发泡塑料，那么全国每年将有1500万吨以上的废弃塑料。另外，全国有5亿亩土地可以利用地膜，目前仅有30％的土地利用了地膜，再加上育苗钵和农副产品保鲜膜，这些塑料废弃物每年也有1000万吨，其它方面的废塑料也有1000万吨。这样每年全国废塑料总量将达到3500万吨，其污染所造成的环境压力不言而喻。如果在这些所弃废塑料中有30％为可降解塑料，那么我们的环境将会得到大大的改善。 　　目前，我国降解塑料的研制还仅仅是一个起步阶段，同国外技术相比还有一定的差距。据不完全统计全国仅有100多家生产降解塑料的厂家，生产能力不到10万吨，远远赶不上市场的需求。为了加速降解塑料的生产，全国各地正在兴建一批年产2－3万吨降解塑料的工厂。 　　降解塑料按引起降解的环境条件可分为光降解塑料、生物降解塑料、化学降解塑料、组合降解塑料等。光降解塑料就是靠吸收太阳光，引起光化学反应而分解的塑料；生物降解塑料是土壤中微生物能分解的塑料，借助于细菌或其水解酵素将材料分解为二氧化碳、水、蜂巢状多孔材质和盐类；化学降解塑料是通过空气中的氧气或者土壤中水分的作用而分解的塑料，包括氧化降解塑料和水解降解塑料。目前世界主要生产降解塑料的国家有美国、日本、德国、意大利、加拿大、以色列等国，品种有光降解、光／生物降解、崩坏性生物降解、完全生物降解塑料等。 　　降解塑料今后的开发趋向：一是根据不同用途及环境条件，进一步深化研究，并通过分子设计研究，改进配方，开发准时可控性环境降解塑料，已成为许多国家的重点攻关课题。二是积极研究开发高效价廉光敏剂、氧化剂、生物诱发剂、降解促进剂、稳定剂等，进一步提高准时可控性、用后快速降解性和完全降解性。三是为有利于一次性塑料废弃物的处理，同时保证获得取之不尽、丰富的原料来源，以天然高分子、微生物合成高分子和具有生物降解性的合成高分子为原料的完全生物降解塑料愈来愈受到重视，但为了克服其价昂、用途受限的缺点，加速研制生物降解塑料或普通塑料与淀粉、纤维素或无机材料填充共混或合金化技术以及完全生物降解塑料与天然材料涂覆层合技术更成为热点中的热点。四是水解性塑料和可食性材料由于具有特殊的功能和用途而受到世界瞩目，从而成为环境适性材料的又一热点。五是为加速降解塑料的发展，各国正致力于加速研究和建立统一的降解塑料的定义、降解机理、评价方法和标准。六是探索及培育能降解普通塑料的菌株，使目前广泛使用的普通塑料用后具有易降解性，以适应环保要求。同时十分重视培育可生产聚酯的生物性植物等，以降低生物降解塑料的成本，有利于推广应用。 　　可以看出，生物降解塑料在可降解塑料中最具发展前途。目前，世界上的生物降解塑料主要是采用脂肪族聚酯或者脂肪族聚酯混合淀粉制造的。脂肪族聚酯主要包括以石油为原料合成的聚己酸内酯（ P CL）、聚丁烯（ P BS）及其共聚体，还有以可再生资源为原料生产的聚乳酸、由微生物生产的聚羟基酪酸（ P H B）等。生物降解塑料被分解后，成为水和二氧化碳，因此不会对环境产生危害。同时，它还能够用来制作堆肥，作为肥料或土壤改良剂回归大自然。最近特别引人注目的是采用聚乳酸制造生物降解塑料的技术。美国卡基尔•道聚合物公司宣布，它已开始建设生产聚乳酸的工厂，到2001年底，年产14万吨的设备已投产。日本的三菱树脂、钟纺合纤、尤尼其卡、库拉雷等4家企业先后与这家美国公司签订合同，在日本扩大聚乳酸的应用。三菱树脂公司正在建设年产3500吨规模可降解薄膜制造设备，到2002年扩大到年产1万吨，争取成为日本最大的制造可降解塑料的厂家。 　　为了改善脂肪族聚酯的物性，各国正在用脂肪族聚酯与芳香族的对苯二甲酸或尼龙聚合物共聚的方式生产生物降解塑料。不久，高性能的可降解性塑料将会不断地被开发出来。作为环境保护技术之一的使用酶催化剂代替重金属化学催化剂合成高分子材料的工艺也将会面世。除了脂肪族聚酯外，多酚、聚苯胺、聚碳酸酯、聚天冬氨酸等已相继开发成功。 　　目前，生物降解塑料仅能用来制作一些体育用品（钓鱼用丝线、高尔夫球座等）、农林水产业用材料（薄膜、保湿材料、苗床材料等）、垃圾袋和卫生用品（一次性尿布等）。它的新用途则十分广阔，如用于制作化妆品容器、牙刷、缓冲材料、包装材料、购物袋、一次性使用手套等。如果安全性问题解决了，它还能用来制作食品容器。作为新的高分子功能材料，生物降解塑料也能应用到肥料、农药的游离基包装材料和医疗用品包装领域。今后在粘合剂、印刷油墨等非塑料领域里也可开辟用途。 　　产业化发展方面： 　　围绕生物降解塑料，重点开展以下方面的产业开发工作： 　　（一）开发如下材质： 　　1、聚己酸内酯（ P CL）这种塑料具有良好的生物分解性，熔点是62摄氏度。分解它的微生物广泛地分布在喜气或厌气条件下。作为可生物降解材料是把它与淀粉、纤维素类的材料混合在一起，或与乳酸聚合使用。由于它的熔点低，因此与其它脂肪族聚酯相比，在高温、高湿条件下性能稳定。 　　2、聚丁烯琥珀酸（ P BS）及其聚合体以 P BS（熔点为114摄氏度）为基础材料制造各种高分子量聚酯的技术已经达到工业化生产水平。应用它开发出来的产品有发泡材料，用作家用电器和电子仪器等的包装材料。日本催化剂公司、三菱瓦斯化学公司等把碳酸盐（酯）结引入 P BS，开发成功耐水可降解性塑料。 　　3、聚乳酸（ P LA）熔点为175摄氏度，被加工成薄膜或纤维，有比较好的耐加水分解性。在德国，1998年用它生产出来的乳酸盒子已实现商品化。这种物质还有促进植物生长的作用，因此可望用它制作植物移植或植物栽培用容器等。日本岛津公司在1994年建成了生产聚乳酸的装置，并且在各个领域开辟用途。通过压轧，它可以被制成透明的、机械性能良好的纤维、薄膜、容器、镜片等。 　　4、聚3羟基酪酸（ P H B）及其聚合体许多国家目前都在研究开发用微生物生产热可塑性高分子材料。其中以聚3羟基酪酸的生产效率为最高。不过它的结晶性太强，机械物性不好，容易被热分解，难以进行加工。把 P H B与 P CL混合在一起，可改善其物性。用微生物生产 P H B和多羟基戊酸的聚合体技术已经出现，英国从20世纪70年代就开始应用这种材料生产洗发液瓶子等。 　　5、利用淀粉的塑料把脂肪族聚酯和淀粉混合在一起，生产可降解性塑料的技术也已经研究成功。淀粉作为生产可降解塑料直接或间接的原料是非常重要的。除了玉米和红薯外，木薯、西谷椰子、芋头等淀粉也可被利用。在欧美国家，糊化淀粉和脂肪族聚酯的混合体被广泛用来生产垃圾袋等产品。淀粉只要有水，加热后就会糊化，具有可塑性。不过它的缺点是没有耐水性，通过控制糊化淀粉和 P CL的结构，可以得到耐水性和机械物性均优良的混合体。 　　6、脂肪族聚酯与聚酰胺的共聚体（ C PAE）这种材料是为了改善脂肪族聚酯的物性而开发的，在熔点和拉力强度等特性上有了改善，是新一代可降解性塑料。不过，它的脂肪酶的分解性由于尼龙量的增大而降低。最近，德国拜耳公司使用尼龙和聚酯成功开发 C PAE，使它与聚乙二醇聚合，还能够开发出具有生物分解性和光分解性的塑料。 　　（二）形成如下产品： 　　1、降解树脂、母料，包括：全生物降解树脂、光／生物双降解母料、复合降解母料等。 　　2、降解塑料制品，包括：堆肥袋、垃圾袋、购物袋、电子包装袋、地膜、餐饮用具、高尔夫球钉、发泡材料等。 　　3、普通塑料制品，包括：购物袋、垃圾袋、办公用塑等。 　　市场与效益分析 　　国际上光降解塑料的生产和应用已有10多年历史，生物降解塑料，尤以淀粉添加的生物降解塑料近年来发展极为迅速。据 F reedoia公司报告，美国降解塑料制品的销售量1987年23万吨，1989年为83万吨，2000年达到300万吨；加拿大降解型塑料制品的销售量1989年为5万吨，2000年达20万吨。另据美国 S tructure Analysis＆Surveys九十年代初调查，在欧洲和日本，降解塑料的发展将更快，当时预计到1995年，美国在世界降解塑料中的市场占有率从1990年的60％降至41％，而欧洲将从38％升到53％，日本从2％上升至6％。 　　从降解塑料的种类分析，在北美地区，1989年，降解塑料总销售量88万吨，其中生物降解塑料为16万吨。当时预测至2000年，降解塑料总需求达320万吨，其中生物降解塑料为110万吨，光降解塑料为105万吨，光－生物降解塑料为90万吨，其他降解塑料为15万吨，1994－2000年，年平均增长率生物降解塑料为7.1％，光降解塑料为9.6％，光－生物降解塑料为11.2％，其他降解塑料为5.3％。据此预测光－生物降解塑料增长将是最快的。 　　从降解塑料应用领域分析，北美1989年降解塑料总销售量的88万吨中，最大量的是用于包装，达76万吨，包括包装等袋类56万吨（其中垃圾袋47.5万吨，购物零售袋等8.5万吨）饮料罐提环10.5万吨，其它包装9.5万吨。其它有无纺布（卫生用）5.5万吨，农业用2.5万吨，其它领域4万吨。当时预测至2000年，包装用量达248万吨，无纺布为30万吨，农业用16万吨，其它26万吨。1989－1994年，包装用年平均增长率为16.2％，无纺布为21.4％，农业用22.9％，其它领域为20.1％。1994－2000年年平均增长率，在包装方面为7.5％，无纺布为12.9％，农业用14.8％，其他领域17.3％。从我国的情况来看，生物降解塑料的应用领域主要包括： 　　1、农业塑料薄膜：农膜属农业生产上三大支柱产品（化肥、农药、农膜），原属国家专控产品，市场上一直较紧俏。自1979年以来，农膜覆盖栽培技术在我国得到了大力推广，1980年农膜覆盖面积仅为2.5万亩，到1992年达5000万亩，农膜的应用领域从最初的棉花、蔬菜，发展到经济作物花生、瓜果、甜菜、甘蔗、烟草、水果和粮食作物水稻、早稻、小麦、玉米等的栽培。农用薄膜的推广和普及取得了明显的经济效益，据统计，1982年－1987年农膜带来的增产效益71亿元；1978年－1989年地膜覆盖栽培技术累计增产280亿公斤粮食和经济作物，从上述统计数字中可以看到推广应用农膜带来的非常显著的经济效益。 　　目前，我国农膜产量65万吨，我国虽然已成为世界农膜覆盖面积最大的国家，但是目前农膜栽培面积只占现有耕地的25％左右，而我国计划在2000年农膜覆盖面积达1.5亿亩之巨，需农膜150万吨以上，市场容量非常巨大。 　　2、食品包装膜，一次性生活用膜，一次性医用薄膜，工业产品包装膜等：1993年需求量140万吨，呈每年15％递增，用量大户为超市及百货大商场。由于这些膜的广泛使用尤其在大中城市，已造成对环境的严重污染，因此降解膜的推广和应用，必将会受到政府和社会的重视，其市场广阔，意义深远。 　　3、降解发泡网，作为一种新产品，国内无厂家生产，其市场前景非常可观。我国盛产各种水果几千万吨，加上各种玻璃、酒、陶瓷等的包装，其市场容量非常巨大，因此，此类产品市场前景极其广阔。据预测国内年需求量约5万吨。 　　4、降解快餐盒等一次性泡沫塑料餐具，随着我国经济的发展，人民生活水平的提高应运而生，由于其卫生、方便、价廉的特点，在各旅游城市和铁路系统得到广泛地应用，产量与品种迅速发展，至今已形成了拥有百余条生产线，10万吨加工能力的行业，据统计，我国1995年快餐盒需求量达25亿个，仅铁路系统就达10亿个，生产方便面需2亿个，年产值达12亿元，1997年需求量达32亿个，其市场前景非常广阔。目前国内已有至少十个城市规定必须使用降解快餐盒。 　　总之，降解塑料最突出的优点是可降解，不污染环境，它代替聚乙烯塑料已是发展的必然趋势，塑料薄膜产品的升级换代也是势在必行。据预测，目前这一市场规模达300亿元，且在以每年30－50％的速度增长。 　　从以上市场需求、经济效益、社会效益等方面分析可以看出，发展环保生物技术，尤其是生物降解塑料等产品，市场风险、政策风险极小，而我国生物技术经过20年的发展，应用于环保领域恰逢其时。可以预见，通过在生物经济园区内的有效组织，综合发挥技术、资金、机制等方面的优势，完全可以在较短的时间内实现产业化。

出处： 科技日报