降解塑料發展回顧與展望
2006-07-11 09:39 來源：降解塑料研究會：唐賽珍 陶欣 責編：中華印刷包裝網
摘要：本文概述了降解塑料的分類、用途及國內外降解塑料發展現狀，淺析了發展中的問題，重點評述降解塑料今后開發趨向及市場前景。文章最后指出：降解塑料的明天是美好的。
關鍵詞：降解塑料 環境污染
隨著塑料工業技術的迅速發展，當前世界塑料總產量已超過1.5億噸，其用途已滲透到國民經濟各部門以及人民生活的各個領域，它已和鋼鐵、木材、水泥并列成為四大支柱材料。隨著塑料產量的不斷增長和用途的不斷擴大，其廢棄物也日益增多。由于它們用后在自然環境或垃圾場中難于降解、腐爛，因此成為經久難化、污染環境的垃圾。有資料表明，城市固體廢棄物中塑料的重量比已達10％以上，體積比則達30％左右，而其中大部分是一次性塑料包裝及日用品廢棄物，它們對環境的污染、對生態平衡的破壞已引起了社會極大的關注，為此高效的塑料回收利用技術和降解塑料的研究開發已成為塑料工業界、包裝工業界發展的重要發展戰略，而且成為全球矚目的研究開發熱點。
20世紀90年代是保護地球環境愈顯重要的時代，是資源、能源更趨緊張的年代，要保證經濟可持續發展，保持人類安全的生存環境、潔凈的生活空間，世界各國對環保技術、環保產品的研究開發都予以極大的關注。為治理那些量大、分散、臟亂、難以收集或即使強制收集進行回收利用，經濟效益甚差或無效益的一次性塑料廢棄物對景觀和生態環境造成的污染，降解塑料應運而生，并獲得了較快的發展。
一、降解塑料的分類、定義及用途
1.分類
世界上對降解塑料的分類，至今尚無統一的國際標準。但可以作為分類的原則較多，從實用角度看，按引起降解的環境條件分類較為合理且便于理解。
2.定義：
降解塑料至今世界上也還沒有統一的國際標準化定義，但美國材料試驗協會（ASTM）通過的有關塑料術語的標準ASTM D883－92對降解塑料所下的定義是：在特定環境條件下，其化學結構發生明顯變化，并用標準的測試方法能測定其物質性能變化的塑料，這個定義基本上和國際標準ISO 472（塑料術語及定義）對降解和劣化所下的定義相一致。
根據多次國際會議研討資料，關于降解塑料定義的制定有以下幾種方法。
⑴化學上（分子水平）的定義：其廢棄物的化學結構發生顯著變化，最終完全降解成二氧化碳和水。
⑵物性上（材料水平）的定義：其廢棄物在較短時間內，力學性能下降，應用功能大部或完全喪失。
⑶形態上的定義：其廢棄物在較短時間內破裂、崩碎、粉化成為對環境無害或易被環境消納。
表1 降解塑料的分類
3.用途
降解塑料是塑料家族中帶降解功能的一類新材料，它在用前或使用過程中，與同類普通塑料具有相當或相近的應用性能和衛生性能，而在完成其使用功能后，能在自然環境條件下較快地降解成為易于被環境消納的碎片或碎末，并隨時間的推移進一步降解成為CO2和水，最終回歸自然。其用途包括以下幾個領域：
⑴在自然環境中應用難于回收利用的領域
①農業用資材：地膜、育苗缽、農藥和肥料緩釋材料、漁網具等。
②土木建筑材料：山間、海中土木工程修理用型材、隔水片材、植生網等。
③運輸用的緩沖包裝材料，發泡制品、片材、板材、網、繩等。
④野外文體用品：高爾夫球座、釣勾、海上運動和登山等一次性用品。
⑵有利于堆肥化的領域
①食品包裝材料：食品和飲料包裝薄膜（袋）、容器、生鮮食品用托盤、一次性快餐餐飲具等。
②衛生用品：紙尿布、生理衛生用品等。
③日用雜品：輕型購物袋、包裝膜、收縮膜、磁卡、垃圾袋、化妝品容器等。
⑶醫用材料
①一次性醫療用具：
②醫用材料：手術縫線、藥品緩釋膠囊、骨折夾板、繃帶等。
二、國內外降解塑料發展現狀及問題
降解塑料的研究開發始于70年代，國內外在經歷了80年代末、90年代初較大起伏、急燥發展、并帶來一定浮夸的商業行為宣傳后，目前對降解塑料的發展已比較理智冷靜了下來，正面對現實，從資源、技術、環保、經濟、市場等多方位綜合考慮，研制新技術、開發新產品、開拓新市場。但從總體水平而言，當前降解塑料仍處在技術有待進一步深化研究，工藝進一步完善，并致力于提高性能、降低成本、擴寬用途和逐步推向市場化進程。
⒈國外發展現狀
目前國外主要生產降解塑料的國家有美國、日本、德國、意大利、加拿大、以色列等國家，生產的品種有光降解、光/生物降解、崩壞性生物降解及完全生物降解塑料等。近年來國外各類降解塑料有了不同程度的進展，光降解技術較為成熟，而生物降解塑料的研究開發最為活躍，具有代表性的并已工業化生產的生物降解塑料如表2所示。據最近ECN報導，當前全世界完全生物降解塑料年產量約3萬噸，到2001年美國、西歐、日本的生物降解塑料產量將由1996年的1.4萬噸增加到7萬噸，1996～2001年年均增長率35%。其中美國的產量和消費量占50%以上，西歐占1/3。美國1997年有6家公司進入生物降解塑料市場：BASF、Biol、Dow、Dupont、Monsanto和Easlman公司等。
表中所述的生物降解塑料在一定環境條件下可在較短時間內降解成二氧化碳和水，但價格高昂，約為普通塑料的6～10倍，從而其用途受到很大制約，目前除醫用及高附加值包裝材料外，對環境影響較大的一次性包裝膜（袋）、垃圾袋、餐飲具及地膜等大宗產品市場難于涉足。為了克服價昂問題，同時為了促進其產品早日進入市場，近年來歐美日等國一方面在原有工藝上控潛、提高原料合成純度和產品正品率，同時積極開拓新用途、如土木用隔水片材、水產養殖網具、工業和生活用磁卡以及與紙制品涂復層合等，并致力于加速實用化進程。另一方面加大力度開發天然材料與生物降解塑料、普通塑料填充、共混新產品，如德國BASF公司開發的共聚聚酯與淀粉共混材料；Biotic公司開發的淀粉/PCL共混的降解薄膜，餐具及普通塑料與天然材料填充、共混的崩壞性降解塑料；日本JSP公司開發的PCL/聚烯烴共混薄膜“バォホミロン”；美國Novon International公司的淀粉填充型聚乙烯“Ecostar”等。這些降解塑料其應用性能或降解性能雖受到一定程度影響，但其性能價格比比較適宜，易于推向市場，也有利于減輕環境污染。
表2、國外已工業化生產的生物降解塑料概況
2.國外降解塑料試驗評價方法的進展
目前世界各國均投入較大的人力、物力、財力致力于降解塑料的定義，試驗評價方法和標準的研究制定，并向標準化邁進。
美國材料試驗學會（ASTM）率先進行降塑料標準化的制訂研究工作，1989年在該學會D20塑料委員會內設立了研究制定環境降解塑料材料標準的環境降解塑料分委會，ASTM D20 96，開始研究制定在各種環境條件下塑料降解性的試驗評價方法，并于1989～1996年先后制定并發布了20多項相關標準：
日本1989年成立了生物降解塑料研究會，通產省把“生物降解塑料試驗評價方法”列入了國家中長期研究計劃，并撥款1400多萬美元進行研究。降解塑料研究會從1991年起對6種生物降解塑料選擇了22個點分別進行土埋和淡水浸漬試驗，1994年組織制訂了生物降解塑料測試方法標準JISK6950，1994－1995年該研究會又受日本通產省委托，對采用降解塑料袋裝生活垃圾進行堆肥化及生產的堆肥進行農用實際試驗，據（財）日本肥料檢定協會成分分析效果良好，有害成分也在限量以下。此外研究會還參與了生物降解塑料國際標準ISO的研制任務。
歐州標準化委員會CEN自90年代中期起也積極參與降解塑料標準制訂研究工作，據K’98國際展鑒會資料報導，德國已制定通過堆肥實驗檢測生物降解塑料生物降解性的標準DIN V54900，并參與了ISO標準的研制。
ISO降解塑料的標準化工作主要在塑料技術委員會TC61和環境管理技術委員會TC 207中進行。ISO/TC61下屬SCS物理化學性質組中設立了生物降解塑料試驗方法工作小組WG22，主要任務是確立試驗方法，TC61于1992～1997年先后在中國北京、意大利思圖雷薩、日本東京、英國倫敦、加拿大蒙特利爾和瑞士達沃斯召開了第41屆至第46屆國際會議，提出并審議了ISO DIS 14851（水系培養液中需氧條件下生物降解率試驗方法，以氧氣消耗量評價）；ISO DIS 14852（水系培養液中需氧條件下生物降解率試驗方法，以二氧化碳發生量評價）；ISO CD 14855（堆肥條件下的需氧生物降解試驗方法，以二氧化碳發生量評價）；ISO CD 14853（水系培養液中厭氧條件下生物降解率試驗方法）等國際標準草案。上述4個ISO生物降解試驗方法，標準，包括需氧和厭氧兩種條件，需氧法又分測定氧氣消費量和二氧化碳發生量兩類，營養源有活性污泥，土壤懸浮液，堆肥懸浮液等。厭氧法主要測定二氧化碳發生量和甲烷發生量，營養源為城市廢水污泥。預計上述標準不久即將問世。ISO/TC207是進行環境管理領域的國際標準化工作委員會，其屬下SC3分委會是負責環境標志及包括生物降解塑料和堆肥化標準的制定工作。另國際標準ISO846－1996塑料在真菌和細菌作用下的行為測定──用直觀檢驗法或用測量質量或物性變化的評價方法也常用于定性判定降解塑料的生物降解能力。
3.國內發展現狀
我國研究開發的降解塑料品種有光降解、光/生物降解、光/氧/生物降解（環境降解）、光/碳酸鈣降解、完全生物降解、崩壞性生物降解塑料以及高填充碳酸鈣環境友好材料等。其中光/生物降解聚乙烯塑料地膜、環境降解塑料地膜列入了國家“八五”、“九五”重點科技攻關計劃，完全生物降解塑料列入了國家“九五”及863計劃。從總體而言，除完全生物降解塑料外，我國降解塑料研究開發進程與世界同步，技術水平與國外先進水平接近或相當。
據不完全統計，我國已建成的雙螺桿降解塑料母料（專用料）生產線上百條，能力約10萬噸，已有部分企業正式投產或批量生產，年產量約幾千噸，制品產量2～3萬噸。國內幾家主要生產降解塑料的公司概況如表3所示。
目前開拓的應用領域主要有農用、包裝和日用一次性消費品，開發的產品有地膜、育苗缽、肥料袋、堆肥袋、水果網套、包裝膜、食品袋、購物袋、雜品袋、垃圾袋、快餐餐具、飲料杯、臺布、手套、高爾夫球座等。目前降解地膜處于示范應用階段，一次性包裝材料和日用雜品正在有序地推向市場。
1996年國家頒布《中華人民共和國固體廢棄物處理法》，其中對塑料地膜及一次性包裝塑料制品明確規定應當采用易回收利用，易處置或在環境中易消納的產品。到目前為止，全國已有二十多個省市如北京、上海、廣州、杭州、武漢、廈門、長春、大連等先后出臺了禁用或限用普通聚苯乙烯塑料發泡餐具和25μm以下的普通聚乙烯包裝袋，規定或推薦采用紙板餐具、紙漿模塑餐具、光/生物降解聚丙烯餐具和光/生物降解聚苯乙烯發泡餐盒以及降解聚乙烯塑料包裝袋等。1999年國家經貿委頒布了2000年底以前淘汰聚苯乙烯泡沫快餐盒的6號令。近年來中國塑料工程學會降解塑料研究會、國家塑料制品質量監督檢測中心、中國環境科學研究院積極對降解塑料的試驗評價方法和標準進行研究。國家環保局中國環境標志認證委員會修訂頒布了“可降解塑料包裝制品技術要求”HJBZ 012—97，1999年底國家發布了《一次性可降解餐飲具通用技術條件》（GB/T 18006.1—99）、《一次性可降解餐飲具降解性能試驗方法》（GB/T 18006.2—99）和《包裝用降解聚乙烯薄膜》行業標準（QB/T 2461－99）。
4.發展中的主要問題
綜上所述，國內外降解塑料的研究開發已取得了不小的進展，但在發展中也存在不少問題，主要有：
⑴世界上尚沒有統一的定義，從而對降解塑料及它在環保中的作用缺乏正確統一的認識和確切的評價，以致引起一些爭議。
⑵至今國際上還沒有建立起統一的試驗評價方法、識別標志和產品檢測標準，致使其技術市場、產品市場比較混亂，魚目混珠、真假難辯。
⑶降解塑料自身技術如更合理的工藝配方、準確的時控性、用后快速降解性和完全降解性、邊角料的回收利用技術還有待進一步提高和完善。
5.當前國內外雖已有一些降解塑料產品進入市場，但由于價格高，特別是完全生物降解塑料高昂的價格，成為推廣應用的壁壘。要推進實用化進程，成本有待于進一步降低和更趨合理。
表3、國內幾家主要生產降解塑料公司概況
三、開發趨向及市場前景分析
1.開發趨向
降解塑料盡管存在種種問題和爭議，但它的發展方興未艾，主要開發趨向：
⑴根據不同用途及環境條件，進一步深化研究，并通過分子設計研究，改進配方，開發準時可控性環境降解塑料，已成為許多國家的重點攻關課題。
⑵積極研究開發高效價廉光敏劑、氧化劑、生物誘發劑、降解促進劑、穩定劑等，進一步提高準時可控性、用后快速降解性和完全降解性。
⑶為有利于一次性塑料廢棄物的處理，同時保證獲得取之不盡豐富的原料來源，以天然高分子、微生物合成高分子和具生物降解性的合成高分子為原料的完全生物降解塑料愈來愈受到重視，但為了克服其價昂、用途受限的缺點，加速研制生物降解塑料或普通塑料與淀粉、纖維素或無機材料填充共混或合金化技術以及完全生物降解塑料與天然材料涂復層合技術更成為熱點中的熱點。
⑷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矚目，并也成為環境適性材料的又一熱點。
⑸為加速降解塑料的發展，各國正致力于加速研究和建立統一的降解塑料的定義、降解機理、評價方法和標準。
⑹探索及培育能降解普通塑料的菌株，使目前廣泛使用的普通塑料用后具易降解性，以適應環保要求。同時十分重視培育可生產聚酯的生物性植物等，以降低生物降解塑料的成本，有利于推廣。
2.市場前景展望
21世紀是環保世紀。降解塑料作為環保材料的一顆幼苗，其發展前景引起了社會有關方面的極大關注。
我國通過近十年的研究開發和應用實踐，對影響市場前景的幾點看法正不斷取得了共識。
⑴必須正確認識降解塑料
通過多年的應用和跟蹤研究，結合國情并從實用性、環保性、安全性、經濟性綜合考慮，降解塑料必須達到以下幾個要求：
①實用性：具有與同類普通塑料相當或相近的應用性能和衛生性能。
②降解性：在完成使用功能后，能在自然環境條件下較快地降解，成為易被環境消納的碎片或碎末，最終回歸自然。
③安全性：降解過程中產生和降解后殘留的物質對自然環境無害或無潛在危害。
④經濟性：價格與同類普通塑料持平或略高。
⑵根據產品整個生命周期分析，降解塑料是治理環境污染有效途徑之一。
眾所周知，塑料質輕、綜合性能好。根據國外從產品整個生命周期分析評價的調研資料，塑料與目前推出的以紙質替代產品比較，具有節省能量，節約資源，生產過程中排放的廢氣、廢水少，污染程度輕，垃圾產生量也明顯減少的優點。其唯一缺點是不易降解，但塑料材料發展才100年左右，比起傳統材料幾千年、幾萬年的歷史，存在一些缺點也是不足為怪的。對其存在問題應采取積極方法亦即是采用科技進步的方法去解決，而不應是消極的禁用、淘汰。降解塑料的研究開發便是一種以科技進步的方法，賦予它較易降解的特性，又保留了其原有的優良性能，是一種可行的方法。
⑶對難以收集的一次性塑料產品推薦采用降解塑料，較有利于我國當前垃圾處理方式。
從我國當前和近期垃圾處理方式來分析，采用降解塑料比較符合國情。我國當前除幾個大城市外，垃圾處理方法大多是垃圾搬家，由于混雜在其中的普通塑料袋、盒、杯、雜品等較難降解，遇到大風則四處飄揚，成為影響景觀的“白色污染”。而如采用降解塑料取代的話，由于塑料中添加了光敏劑，生物誘發劑、降解促進劑等，因此其在光和微生物的環境條件下，可以劣化、崩壞、降解，具體表現：目測為脆化、霉變、變薄、碎裂，經儀器檢測強度降低、失重、分子量下降、化學結構發生變化等。在短期內其垃圾可以減容、減量，從而達到減輕或緩解環境污染的目的。
⑷以求實的態度評價降解塑料的效果，有利于市場化進程。
根據中國農科院土肥所近十年來大田地膜覆蓋跟蹤試驗結果及土壤化學污染和物理污染研究結果表明，我國研究開發的降解地膜對土壤中的氮、磷鉀無明顯影響，也未發現對土壤產生重金屬元素鉻、鎘污染和微量元素鈷、銅、鎳、鉬等的積累；廢棄的地膜只要碎裂成16cm2以下的碎片，其在20年內的積累殘留量，對土壤容量、比重、土壤水運動、孔隙、團聚體三相比污染的可能性很小，對農作物生長也無不良影響。而且聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等其主要構成是碳氫化合物，這是無毒的。基于這種認識，對降解塑料在實用上就無需苛求其在較短時間內必須降解成CO2和H2O，當然隨著時間的推移，其最終也回歸自然，只不過降解周期比天然材料要長一些，而比普通塑料可大大縮短。這既有利于環保，又符合國情。
⑸降解塑料與堆肥化相結合是資源再利用及治理一次性塑料廢棄物對環境污染的好方法。
隨著垃圾處理技術的進步和生物降解塑料的開發，堆肥化近年來開始成為歐美國家處理大規模固體廢棄物的可行方法，并認為生物降解塑料與堆肥化相結合，是資源再利用及治理一次性塑料廢棄物對環境污染的好辦法。據了解，我國城市生活垃圾的成分也正在不斷發生變化，特別是經濟較發達的城市，垃圾中灰渣含量不斷降低，而廚余類有機物已成為垃圾中的主要成分，這促使我國城市生活垃圾堆肥化處理具有較大的發展需求和潛力。據國外經驗，為有利于堆肥化處理，所用垃圾袋必須是生物降解的塑料袋，由此可以預測，隨著我國垃圾堆肥化處理的迅速發展，生物降解垃圾袋的市場潛力也是十分可觀的。
⑹對聚乙烯的可生物降解性有了比較明確的認識
據國內外有關專家十多年的研究，已初步明確：聚乙烯是可生物降解的，而且聚乙烯中加入改性淀粉后可提高其生物降解性。其基本的降解機理是降解塑料制品中所含的淀粉，在短期內被土壤（或垃圾）中的微生物分泌的酶迅速降解而生成空洞，導致制品力學性能下降，并伴隨空洞的生成，表面積擴大，從而增大與土壤的接觸面；同時配方中添加的自氧化劑與土壤的金屬鹽反應生成過氫氧化物，這些過氫氧化物導致聚乙烯的鏈斷裂而降解成為易被微生物吞噬的低分子化合物，最終回到生物圈進入自然循環。
基于以上幾點共識，降解塑料的前景是樂觀的。又根據國外最近資料，日本、美國、歐洲等都在加強降解塑料的研究開發及加速實用化進程。日本繼成立了“生物降解塑料研究會”后，又成立了“生物降解塑料實用化檢討委員會”，據該會預測，今后10年內生物降解塑料的市場規模日本將為15萬噸，全世界為130萬噸。日本為了得取社會對生物降解塑料的認可，廣泛向社會征集愛稱，最后定為“綠色塑料”，目前降解塑料市場正在啟動中。據美國Fredonia集團預測，到2000年，北美降解塑料市場的需求量將比1994年增長8.8%，其中美國增長8.6%，加拿大增長12.2%。又據歐洲Frost Sullivan公司的最新報告顯示，歐洲的生物降解塑料產品市場正在迅速增長，到2004年市場銷售額將由1997年的1630萬美元增加到7310萬美元，增加3.5倍。據預測，到2000年我國塑料包裝產量300多萬噸，其中難于回收的一次性塑料包裝占30％計，則產生的塑料垃圾量將達100多萬噸，塑料地膜產量40多萬噸（目前回收利用量甚微），一次性日用雜品及醫療產品約40萬噸，因此產生的塑料垃圾將近200萬噸，若其中50％以降解塑料取代的話，需求量近100萬噸，市場潛力是很大的。
綜合以上分析，降解塑料作為高科技產品和環保產品正成為當今世界矚目的研究開發熱點。它的發展不但擴大了塑料功能，而且在一定程度上緩解了環境矛盾，對日益枯竭的石油資源是一個補充，而且從合成技術上展示了生物技術和合金化技術在塑料材料領域中的威力和前景，因此降解塑料的研究開發和推廣應用，無論從地球環境保護的實際角度，或從取之不盡的可再生資源，還是從合成功能性高分子的學術角度都具有重要的意義。據此展望，降解塑料的明天是美好的。
【我要印】印刷廠與需方印務對接，海量印刷訂單供您任意選擇。
【cpp114】印刷機械、零配件供求信息對接，讓客戶方便找到您。- 【我的耗材】采購低于市場價5%-20%的印刷耗材，為您節省成本。
- 【印東印西】全國領先的印刷品網上采購商城,讓印刷不花錢。
- 關于我們|聯系方式|誠聘英才|幫助中心|意見反饋|版權聲明|媒體秀|渠道代理
- 滬ICP備18018458號-3法律支持:上海市富蘭德林律師事務所
- Copyright © 2019上海印搜文化傳媒股份有限公司 電話：18816622098
