科學(xué)流言榜

自從20世紀(jì)塑料誕生以來，雖然其應(yīng)用廣泛，給人們的生活帶來極大便利，但伴隨而來的“白色污染”成了意想不到的災(zāi)難，也引起了世界各國的廣泛重視。目前，在醫(yī)用和包裝材料等許多領(lǐng)域，使用全降解塑料已經(jīng)成為迫切需求。世界各國特別是歐洲、美國、日本等發(fā)達(dá)國家和地區(qū)，早已明令禁止使用一次性泡沫塑料包裝物。研制環(huán)境友好塑料以取代傳統(tǒng)塑料也一直是科學(xué)界研究的熱點(diǎn)之一。

環(huán)境友好材料是指在原料采集、產(chǎn)品制造使用或再生循環(huán)利用以及廢料處理等環(huán)節(jié)中對環(huán)境負(fù)荷最小的材料，它具有資源和能源消耗少、對生態(tài)和環(huán)境污染小、再生利用率高的特點(diǎn)。二氧化碳可降解塑料便是一種環(huán)境友好材料，是國內(nèi)外研發(fā)領(lǐng)域中具有創(chuàng)新優(yōu)勢的可降解塑料。這種環(huán)境友好型塑料不僅能減少“白色污染”，還能緩解如今日益嚴(yán)重的溫室效應(yīng)。

目前，全世界絕大多數(shù)國家都已經(jīng)達(dá)成了減少二氧化碳排放量的共識，二氧化碳既是溫室效應(yīng)的元兇，也是一種潛在的碳資源。二氧化碳可降解塑料是一種二氧化碳基聚合物。這種二氧化碳基聚合物是以二氧化碳和烷烴為原料共聚而成，這也就意味著，在這種塑料的生產(chǎn)過程中將對二氧化碳進(jìn)行回收利用。二氧化碳基聚合物被使用后產(chǎn)生的塑料廢棄物，可以通過回收利用、焚燒和填埋等多種方式處理。和普通塑料一樣，回收利用當(dāng)然還是最環(huán)保的處理方法，但是即便通過焚燒處理，這種塑料也只會生成二氧化碳和水，不產(chǎn)生有害煙霧，不造成二次污染。如果填埋處理這種塑料，也可在短時間內(nèi)降解。

二氧化碳可降解塑料作為環(huán)保高科技產(chǎn)品引起了各方關(guān)注，美國、韓國、日本、俄羅斯和中國臺灣的科學(xué)家在二氧化碳基聚合物領(lǐng)域進(jìn)行了大量的研發(fā)工作。目前已批量生產(chǎn)的該類塑料有二氧化碳/環(huán)氧丙烷共聚物、二氧化碳/環(huán)氧丙烷/環(huán)氧乙烷三元共聚物以及二氧化碳/環(huán)氧丙烷/環(huán)氧環(huán)己烷三元共聚物等品種。

二氧化碳塑料是如何制成的

二氧化碳的組成元素就是碳和氧，碳是構(gòu)成有機(jī)物的必要元素。如果能成功地使二氧化碳與其他有機(jī)化合物（如環(huán)氧丙烷）發(fā)生聚合反應(yīng)，就必須使用一種特殊的催化劑，使碳原子和氧原子之間的雙鍵斷開或若即若離，即令碳原子“移情別戀”，放出電子后就能與其他物質(zhì)結(jié)合成可降解塑料了，這是一種活化二氧化碳的過程。因此，合成二氧化碳基聚合物的核心就是——尋找到合適的催化劑和催化方法。

其實(shí)，這種催化劑在20世紀(jì)70年代就被科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了，它是一種金屬有機(jī)化合物——二乙基鋅。在這種催化劑的作用下，要合成相對分子質(zhì)量為10萬的二氧化碳基聚合物差不多需要20小時。水的相對分子質(zhì)量只有18.016，而這種聚合物的相對分子質(zhì)量能達(dá)到10萬，所以想讓這個“龐然大物”發(fā)生改變并不容易。不過，后來科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了稀土三元，這種催化劑能把反應(yīng)時間縮減到8小時以內(nèi)，這也是目前達(dá)到的較高水平。

然而，現(xiàn)在所有已知的用于活化二氧化碳的催化劑，它們的生產(chǎn)成本都很高，無法工業(yè)化開發(fā)。因此科學(xué)家們另辟蹊徑，即利用現(xiàn)有的催化劑來增加它的催化效率。

在化學(xué)上有個正比關(guān)系，就是催化劑與被催化物的接觸面越大，催化反應(yīng)也會更有效。這就像電腦中央處理器（CPU）上的散熱器，即使風(fēng)扇的風(fēng)力是一定的，但如果散熱的表面積越大，氣流對流越快，降溫的效果就越好。延續(xù)這個思路，要使催化劑與二氧化碳的接觸面盡可能大，也就要使催化劑的顆粒盡可能小，最好能夠?qū)崿F(xiàn)各分子之間的“握手”，也就是達(dá)到“糖溶于水”的水平?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)二氧化碳在高壓下會液化，并且含氟的化合物是能夠溶解于液態(tài)二氧化碳的。根據(jù)這一點(diǎn)，科學(xué)家們把催化劑附在含氟的化合物上，然后溶在二氧化碳中，果然，催化劑的催化效率增加了近70倍，二氧化碳基聚合物的生產(chǎn)成本也大大降低。

二氧化碳可降解塑料為何還未普及

但是，就目前來講，二氧化碳可降解塑料推廣的壓力依然很大，主要是由于面臨以下幾個問題。

首先，工藝的改善確實(shí)提高了二氧化碳基聚合物的生產(chǎn)效率，但是高成本的催化劑仍然是二氧化碳可降解塑料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要瓶頸。再加上產(chǎn)業(yè)所需主要原料之一的環(huán)氧丙烷等環(huán)氧基烷烴的價格也很高，在普通石油基塑料價格持續(xù)走低的情況下，二氧化碳可降解塑料產(chǎn)業(yè)的成本壓力越來越大，可謂舉步維艱。

其次，二氧化碳基聚合物的熱穩(wěn)定性、阻隔性、尺寸穩(wěn)定性、高低溫下的力學(xué)性能與普通石油基聚合物還存在一定的差距，因此只能在食品包裝、醫(yī)療衛(wèi)生等有特殊要求的極少數(shù)領(lǐng)域使用，無法在需求巨大的薄膜、農(nóng)用地膜等領(lǐng)域推廣應(yīng)用。不僅如此，即便在有限的食品包裝、醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域，二氧化碳基聚合物也面臨聚乳酸、聚乙烯醇、聚丁二酸丁二醇酯等可降解塑料的沖擊與競爭，這使得二氧化碳可降解塑料的消費(fèi)市場十分狹小，產(chǎn)品銷售困難。

再次，就單位產(chǎn)品投資額而言，二氧化碳可降解塑料項(xiàng)目的投資額很高，一個每年可生產(chǎn)1萬噸二氧化碳可降解塑料的項(xiàng)目，往往需要2000萬美元以上的資金投入。單從經(jīng)濟(jì)效益考慮，項(xiàng)目的投資風(fēng)險還是很大的。

盡管二氧化碳可降解塑料的大范圍推廣還有待時日，但我們相信，隨著科技的不斷進(jìn)步，二氧化碳基聚合物終究會突破生產(chǎn)成本和性能上的瓶頸。終有一天，這種環(huán)境友好型塑料會展現(xiàn)出良好的競爭力和生命力，從而改善我們的生活，改變我們的世界。

【責(zé)任編輯】張小萌