大家都來了解生物降解塑料

面對(duì)塑料垃圾和海洋微塑料環(huán)境危害的挑戰(zhàn)，生物降解塑料的研發(fā)生產(chǎn)和應(yīng)用，受到越來越多的關(guān)注和歡迎。我國生物降解塑料作為“十三五”期間塑料行業(yè)發(fā)展重點(diǎn)，得到快速發(fā)展，有大批生產(chǎn)線正在建設(shè)或計(jì)劃建設(shè)中。

什么是生物降解塑料

降解塑料是一個(gè)大的概念，它是在規(guī)定環(huán)境條件下，經(jīng)過一段時(shí)間和包含一個(gè)或更多步驟，導(dǎo)致材料化學(xué)結(jié)構(gòu)的顯著變化而損失某些性能如完整性、分子質(zhì)量、結(jié)構(gòu)或機(jī)械強(qiáng)度，同時(shí)或者發(fā)生破碎的塑料。應(yīng)該說，其中光降解塑料、熱氧降解塑料屬于破裂型塑料，不應(yīng)歸類在生物降解塑料中。

什么是可生物降解塑料（Biodegradable plastics）？是指在自然界條件下（如土壤、沙土、海水等），或特定條件下（如堆肥化條件、厭氧消化條件或水性培養(yǎng)液等），由微生物作用（如細(xì)菌、霉菌、真菌和藻類等）引起降解，并最終完全降解變成二氧化碳、水、甲烷、礦化無機(jī)鹽和新生物質(zhì)的塑料。

什么是生物基塑料（Biobased plastics）？是指以淀粉等天然物質(zhì)為基礎(chǔ)在微生物作用下生產(chǎn)的塑料。用于生物基塑料合成的生物質(zhì)可來源于玉米、甘蔗或纖維素等。

由此可見，可生物降解塑料和生物基塑料不是等同的。可生物降解塑料是從材料生命終結(jié)（end of life）的視角來進(jìn)行歸類；而生物基塑料是基于材料成分來源（origin of material）來進(jìn)行定義和劃分。降解塑料應(yīng)使用能反映性能變化的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法進(jìn)行測試，并按降解方式和使用周期確定其類別。

每一種生物降解材料降解都需要一定環(huán)境條件，如果在不具備降解條件尤其是微生物生活條件下，其降解會(huì)很慢；同時(shí)，也并不是每一種生物降解材料在任何環(huán)境條件下都能夠快速降解。

某種塑料是否會(huì)完全生物降解受多種因素影響，包括結(jié)晶度、添加劑、微生物、溫度、濕度、環(huán)境pH值和時(shí)間長短等。在條件不具備情況下，許多降解塑料不僅無法實(shí)現(xiàn)完全的生物降解，還可能給環(huán)境和人體健康帶來負(fù)面影響。如部分氧降解塑料在添加劑作用下，僅是發(fā)生材料的碎裂，降解成肉眼看不見的塑料微粒。

生物降解塑料的種類

根據(jù)生物降解塑料的原料來源，可將其分為生物基生物降解塑料及石化基生物降解塑料兩大類。

生物基生物降解塑料主要可分為四類：第一類為天然材料直接加工得到的塑料，目前市場上，利用天然高分子生產(chǎn)的生物降解塑料，主要有熱塑性淀粉、生物纖維素、多糖類和聚氨基酸以及其共混改性、化學(xué)改性的產(chǎn)物；第二類為微生物發(fā)酵和化學(xué)合成共同參與得到的聚合物，如聚乳酸（PLA）等；第三類為由微生物直接合成的聚合物，如聚羥基烷酸酯（PHA）等；第四類為以上這些材料共混加工得到的或這些材料和其他化學(xué)合成的生物降解塑料共混加工得到的生物降解塑料。

石化基生物降解塑料是指以化學(xué)合成的方法將石化產(chǎn)品單體聚合而得的塑料，如聚對(duì)苯二甲酸-己二酸丁二酯（PBAT）、聚丁二酸丁二醇酯（PBS）、二氧化碳共聚物（PPC）、聚乙醇酸（PGA）等。

可堆肥生物降解塑料

可堆肥塑料屬于生物降解塑料的一類。可堆肥塑料（Compostable Plastics）是指塑料在堆肥條件下，通過微生物的作用，可在一定時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)化成二氧化碳、水及其所含元素的礦化無機(jī)鹽以及新的生物質(zhì)，并且最后形成的堆肥在重金屬含量、毒性試驗(yàn)、殘留碎片等方面應(yīng)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定?？啥逊仕芰峡蛇M(jìn)一步劃分為工業(yè)堆肥和花園堆肥，現(xiàn)市場上的可堆肥塑料基本屬于工業(yè)堆肥條件下的生物降解塑料。

因?yàn)榭啥逊仕芰蠈儆谟袟l件下的生物降解。如果隨意丟棄可堆肥塑料在自然環(huán)境中，這些塑料在自然環(huán)境中（如海水、泥土）降解非常緩慢，并不能短時(shí)間內(nèi)完全降解為二氧化碳和水等，其對(duì)環(huán)境的不良影響與傳統(tǒng)塑料并無實(shí)質(zhì)性的區(qū)別。此外，有研究指出，可生物降解塑料如混入到其他可回收塑料中，會(huì)降低回收材料的特性和性能。如聚乳酸中的淀粉可能會(huì)導(dǎo)致再生塑料制成的薄膜產(chǎn)生孔和斑點(diǎn)等劣變。

堆肥化根據(jù)微生物生長的過程及其是否給氧，可以分為好氧堆肥化和厭氧堆肥化。好氧堆肥化是在氧氣存在下，有機(jī)物質(zhì)分解的過程，最終產(chǎn)物是CO2、H2O、熱量和腐殖質(zhì)。厭氧堆肥化是無氧條件下，厭氧微生物將有機(jī)物降解成CH4、CO2、H2O、熱量和腐殖質(zhì)。通常說的堆肥化是指好氧堆肥化。

工業(yè)化堆肥是指在控制條件下，微生物對(duì)固體和半固體有機(jī)物質(zhì)進(jìn)行好氧中溫或高溫降解，產(chǎn)生穩(wěn)定腐殖質(zhì)的過程。一般周期為180天，但隨著好氧堆肥技術(shù)變化，最短時(shí)間也有到30天甚至更短。家庭堆肥是指主要利用家庭廚余或園林垃圾，進(jìn)行好氧堆肥，用于生產(chǎn)供自家使用的堆肥過程。家庭堆肥的時(shí)間較工業(yè)堆肥時(shí)間長，但一般最長不超過一年。

生物降解塑料不會(huì)造成環(huán)境危害

生物降解塑料其實(shí)是塑料中的一個(gè)特殊品種，其回收再利用和傳統(tǒng)塑料是沒有多大的區(qū)別，可以進(jìn)行物理回收再利用，即熔融再生和再加工利用。

大家都特別關(guān)心生物降解塑料降解后的產(chǎn)物會(huì)不會(huì)對(duì)環(huán)境造成次生的危害，所以在對(duì)生物降解塑料的降解性能要求時(shí)增加了重金屬含量的指標(biāo)，進(jìn)行了嚴(yán)格的要求。

對(duì)可堆肥塑料其堆肥化后的堆肥進(jìn)行了生態(tài)毒性試驗(yàn)包括植物毒性試驗(yàn)、蚯蚓毒性試驗(yàn)等。對(duì)土壤可降解的生物降解地膜除了降解性能、重金屬含量規(guī)定外，在新的國際標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)生態(tài)毒性等也進(jìn)行了規(guī)定。因此，從目前看，符合標(biāo)準(zhǔn)要求的生物降解塑料其降解后對(duì)環(huán)境不會(huì)造成次生的危害。

在填埋時(shí)擔(dān)心生物降解塑料會(huì)釋放更多有害氣體，其實(shí)不必?fù)?dān)心。由于目前許多現(xiàn)代化的填埋場多數(shù)都會(huì)采用一些填埋過程中收集沼氣來能量回收的裝置，即使沒有回收沼氣也有相應(yīng)的有機(jī)垃圾填埋后的沼氣釋放措施。在填埋場的垃圾中塑料的固體含量不到7%，且生物降解塑料目前的量也不到傳統(tǒng)塑料的1%，因此，即使填埋也不會(huì)有更多影響填埋場的沼氣的問題。

生物降解塑料其聚合物結(jié)構(gòu)上也沒有氯元素等，焚燒時(shí)是不會(huì)有二惡英廢氣的。另外，生物降解塑料的聚酯結(jié)構(gòu)，決定了其相比傳統(tǒng)塑料如聚乙烯等，主鏈上有機(jī)碳含量更低，在焚燒時(shí)候更容易充分燃燒。焚燒處理時(shí)，生物降解塑料比傳統(tǒng)塑料不會(huì)產(chǎn)生更多廢氣。

建立降解塑料標(biāo)準(zhǔn)體系的重要性

需要規(guī)范標(biāo)識(shí)可生物降解塑料，避免出現(xiàn)誤導(dǎo)或以假亂真。生物降解檢測方法與標(biāo)準(zhǔn)體系的建立就顯得尤為重要，它不僅有助于產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展，促進(jìn)市場快速形成，推動(dòng)行業(yè)迅速成長，更有利于產(chǎn)品走向國際市場。

中國尚沒有針對(duì)可生物降解塑料標(biāo)識(shí)的強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)定。現(xiàn)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)是GB/T20197-2006的《降解塑料的定義、分類、標(biāo)志和降解性能要求》，其中規(guī)定了降解塑料標(biāo)識(shí)應(yīng)該包含產(chǎn)品的主要原料和組成信息、塑料的降解類別或降解方式以及標(biāo)準(zhǔn)號(hào)。GB/T 20197標(biāo)準(zhǔn)對(duì)標(biāo)識(shí)的要求并未涉及認(rèn)可標(biāo)識(shí)、降解評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)號(hào)、是否可回收等信息。

歐洲生物塑料協(xié)會(huì)在其出版的指南中建議：當(dāng)一個(gè)產(chǎn)品聲稱其可生物降解時(shí)，產(chǎn)品應(yīng)該要說明其符合什么降解標(biāo)準(zhǔn)（認(rèn)證說明和標(biāo)識(shí)）、其能完全降解的時(shí)間以及保證其完成生物降解過程的條件。

目前在生物降解檢測與要求方法方面，ISO國際標(biāo)準(zhǔn)檢測方法15項(xiàng)、可堆肥塑料要求1項(xiàng)，這16項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)中我國已等同轉(zhuǎn)化10項(xiàng)，且未轉(zhuǎn)化的國際標(biāo)準(zhǔn)主要是海水條件下的檢測方法。

在國際上被同行或像DIN CERTCO、BPI等認(rèn)證機(jī)構(gòu)認(rèn)可的能夠檢驗(yàn)這些方法的檢測實(shí)驗(yàn)室約15個(gè)，其中我國實(shí)驗(yàn)室主要是北京工商大學(xué)國家塑料制品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心（北京）。由此也可見，在生物降解的檢測與標(biāo)準(zhǔn)方面，我國并不落后，處于國際先進(jìn)水平。

生物降解塑料的生產(chǎn)和使用

目前，全球生物降解塑料的產(chǎn)能約為100萬噸左右，年增長率約20%-30%，目前還是化石基來源的PBAT等生物降解塑料為主。這些塑料中以玉米淀粉為原料制備的生物降解塑料主要為聚乳酸，目前聚乳酸全球產(chǎn)能約為28萬噸/年，表觀消費(fèi)量約為16萬噸/年。即使按照一些報(bào)道中的聚乳酸產(chǎn)能建設(shè)在近幾年都實(shí)現(xiàn)的話，利用玉米淀粉為原料制備的生物降解塑料也不過百萬噸級(jí)左右，這對(duì)糧食還不會(huì)造成根本的影響。從近5年乃至更長時(shí)間內(nèi)，發(fā)展生物降解塑料對(duì)糧食危機(jī)的影響程度是很低的。

全生物降解塑料生產(chǎn)企業(yè)介紹，車間里沒有轟鳴的生產(chǎn)機(jī)械聲，沒有粉塵，甚至還有些淡淡的植物清香。原料從進(jìn)料口通過螺桿，經(jīng)過100多度的高溫和高壓融化后，根據(jù)需求設(shè)定厚度，經(jīng)過圓形的風(fēng)冷進(jìn)行吹膜成型，變成一個(gè)長長的薄膜圓柱體，在空氣中冷卻后卷成全生物降解塑料袋的半成品。

生物塑料性能是可以信賴的。拿起一個(gè)寬度40公分左右的塑料袋，用力地向兩側(cè)拉開，可以拉伸到1米多仍沒有斷裂，袋子觸感十分柔軟。

一噸的原料除去消耗可以生產(chǎn)近920公斤的塑料袋；根據(jù)袋子厚度和大小的不同，一噸的原材料可生產(chǎn)十幾萬個(gè)袋子；如果一臺(tái)機(jī)器24小時(shí)工作的情況下，能生產(chǎn)650公斤的袋子。

目前已經(jīng)應(yīng)用的可降解材料包括淀粉復(fù)合材料、PLA、PBAT、PBS、PHA等等，2019年的總需求量近120萬噸，其中淀粉復(fù)合材料目前占比最大達(dá)到38%，PLA與PBAT分別排第二、第三，占比為25%和24%。然而淀粉屬于天然材料，性能缺陷很大，使用范圍非常受限，只是由于價(jià)格便宜才占比較高，目前產(chǎn)業(yè)發(fā)展都聚焦在PLA與PBAT之類的人工合成材料上。

制作全生物降解塑料袋，在使用上可以替代普通一次性塑料袋。目前大部分廠商都選用PBAT作為原材料。PBAT（聚對(duì)苯二甲酸/己二酸/丁二脂）本身是一種生物降解的材料，是成本低、力學(xué)性能高、生物安全性良好的材料。

生物塑料最快3個(gè)月實(shí)現(xiàn)完全降解。在普通的陽光、土壤和水的環(huán)境下，一年左右的時(shí)間就能實(shí)現(xiàn)完全降解；在堆肥的環(huán)境下最快3個(gè)月就能完全降解為二氧化碳和水。需要提醒，全生物降解的塑料制品在正常儲(chǔ)存和使用過程中性能非常穩(wěn)定，不用擔(dān)心自行變質(zhì)，在環(huán)境適宜、包裝完好、妥善保存的前提下，能保存一年甚至更長的時(shí)間。

生物降解材料發(fā)展趨勢

以可循環(huán)、易回收、可降解為導(dǎo)向，研發(fā)推廣性能達(dá)標(biāo)、綠色環(huán)保、經(jīng)濟(jì)適用的塑料制品及替代產(chǎn)品，打造有利于規(guī)范回收和循環(huán)利用、減少塑料污染的新業(yè)態(tài)新模式，是我國進(jìn)一步加強(qiáng)塑料污染治理的基本原則，為生物降解塑料發(fā)展指明方向。

生物降解塑料行業(yè)面臨著良好的發(fā)展前景。對(duì)生物降解塑料予以清晰的定義，規(guī)范標(biāo)識(shí)，開展有效的公共教育，是促進(jìn)生物降解塑料研發(fā)生產(chǎn)和使用，推進(jìn)塑料污染有效治理的必要舉措。隨著禁塑令的實(shí)施，生物降解塑料將逐步取代很多傳統(tǒng)一次性塑料制品。我國生物降解塑料技術(shù)革新、檢測評(píng)價(jià)與標(biāo)準(zhǔn)體系越來越完善，有關(guān)生物降解塑料的制造、加工、應(yīng)用、可回收等技術(shù)性等也將更加成熟，生物降解塑料的生產(chǎn)、銷售、使用都在向大規(guī)模工業(yè)化階段邁進(jìn)。