可生物降解塑料行業(yè)及標準化現(xiàn)狀淺析

朱天戈 楊勇

隨著汽車、航空航天、電子電氣、通訊、機械制造等行業(yè)的蓬勃發(fā)展，塑料材料憑借其質(zhì)輕價廉、耐腐蝕、耐老化性佳、易加工等優(yōu)點越來越多被人們廣泛使用。我國是塑料樹脂、制品生產(chǎn)和消費大國，僅2020年塑料樹脂產(chǎn)量就超過1億t，規(guī)模以上的塑料制品產(chǎn)量7 600多萬t[1]。但與此同時，每年產(chǎn)生的塑料垃圾量也十分驚人，2019年，廢舊塑料產(chǎn)量達6 300萬t，而塑料制品完全降解通常需要200～500年[2]。為了解決大量塑料廢棄后造成的環(huán)境和生態(tài)問題，我國陸續(xù)出臺了多項政策治理白色污染。

早在2007年，我國就發(fā)布了《國務(wù)院辦公廳關(guān)于限制生產(chǎn)銷售使用塑料購物袋的通知》（即“限塑令”），在全國范圍內(nèi)禁止生產(chǎn)、銷售、使用厚度小于0.025mm的塑料購物袋；2017年3月，我國又發(fā)布了《生活垃圾分類制度》，要求全國46個城市先行實施生活垃圾強制分類；自2018年海南省率先發(fā)布《海南省全面禁止生產(chǎn)銷售使用一次性不可降解塑料制品工作領(lǐng)導小組的通知》起[3]，截至2020年底，4個直轄市以及28個省和自治區(qū)都公布了當?shù)氐囊淮涡圆豢山到馑芰现破废抻脤嵤┓桨?，海南省更是?020年12月起全面禁止不可降解一次性塑料購物袋及餐具。2019年《中華人民共和國土壤污染防治法》和《固體廢物污染環(huán)境防治法（修訂草案）》明確鼓勵使用生物降解農(nóng)膜、包裝膜等制品[4]；2020年7月，國家發(fā)展和改革委員會（以下簡稱“國家發(fā)改委”）等9部門聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于扎實推進塑料污染治理工作的通知》，要求自2021年起全國幾十個主要城市的商場、超市、藥店等禁止使用不可降解塑料購物袋；2021年7月，國家發(fā)改委等部門又印發(fā)《十四五循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃》，提出塑料污染全鏈條治理專項行動，積極推進可降解塑料的使用。

國際上，根據(jù)2019年聯(lián)合國發(fā)布的“一次性塑料和微塑料的法律限制：國家法律和法規(guī)的全球?qū)彶椤憋@示，已有127個國家和地區(qū)出臺了法律法規(guī)限制一次性塑料和微塑料。非洲多數(shù)地區(qū)已經(jīng)出臺了一次性塑料管理制度。歐盟規(guī)定2021年起全面禁止歐盟國家使用吸管、餐具等一次性塑料制品[5]。法國從2020年起禁止使用一次性餐具，并要求碗碟杯叉等一次性餐具必須用基于生物的原料制作[6]。

可見，可降解塑料對一次性塑料的大規(guī)模替代已是大勢所趨，特別是可生物降解塑料，由于其降解后的主要產(chǎn)物幾乎全部為水和二氧化碳，因此被認為是解決白色污染問題的最有效手段之一。

1 可生物降解塑料的種類及行業(yè)現(xiàn)狀

目前，全世界可生物降解塑料的產(chǎn)能大概在100萬t左右，年增長率超過20%，預計到2025年，我國可降解塑料的需求有望達到260萬t。

按其原料的來源，可生物降解塑料可分為生物基可降解塑料和石油基可降解塑料。生物基可降解塑料又包括天然可生物降解（如淀粉、蛋白質(zhì)、纖維素、木質(zhì)素等）和生物基合成材料，生物基合成材料又可以再分為微生物合成生物基材料〔如聚羥基脂肪酸酯（PHA）、聚羥基丁酸酯（PHB）等）〕和化學合成生物基材料〔如聚乳酸（PLA）等〕；石油基可降解材料一般為石油產(chǎn)品，如聚己內(nèi)酯（PCL）、聚己二酸丁二醇酯-CO-對苯二甲酸丁二醇酯共聚物（PBAT）、聚乙醇酸（PGA）、聚丁二酸己二酸丁二醇酯（PBSA）等[7]。受篇幅限制，本文僅介紹幾種目前國內(nèi)市場主流的可生物降解塑料。

1.1 聚乳酸PLA

玉米等作物經(jīng)提純淀粉、糖化、發(fā)酵后得到乳酸單體，再縮聚就形成了PLA[8]。PLA具有良好的生物相容性能，無毒、無刺激性，特別是PLA機械性能及物理性能良好，易于加工成型，適用于吹塑、熱塑等加工工藝，因此在可生物降解領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛。

2020年全球已建和在建企業(yè)的PLA產(chǎn)能為33.5萬t，全球最主要的PLA生產(chǎn)商有美國的Nature Works，產(chǎn)能16萬t；法國的Total與荷蘭的Corbion合資設(shè)立在泰國的PLA工廠，產(chǎn)能為7.5萬t；國內(nèi)最大的PLA生產(chǎn)商安徽豐源生物年產(chǎn)為5萬t；浙江海正年產(chǎn)約4萬t?！笆濉逼陂g國內(nèi)PLA總產(chǎn)能為8萬t，預計“十四五”期間國內(nèi)PLA產(chǎn)能將超過330萬t。

1.2 PBAT

通過將己二酸（AA）、對苯二甲酸（PTA）和丁二醇（BDO）縮聚反應(yīng)可以制成PBAT。其中芳香基團提高了PBAT的機械性能，而脂肪族和酯鍵的存在可以在微生物的堆肥環(huán)境下被破壞，使其降解[9]。PBAT韌性良好，兼具耐熱性和沖擊性能，是可生物降解塑料研究中非?；钴S和市場應(yīng)用最好的降解材料之一。

從全球來看，意大利的Novamont公司目前擁有PBAT產(chǎn)能為10萬t，德國巴斯夫（BASF）年產(chǎn)能7.4萬t。國內(nèi)新疆藍山屯河化工股份有限公司的產(chǎn)能 為12.8萬t/年，全球領(lǐng)先；金發(fā)科技年產(chǎn)能6萬t。新疆望京龍新材料有限公司在建130萬tPBAT項目，預計2022后投產(chǎn)，屆時國內(nèi)同期在建PBAT產(chǎn)能將達563萬t。

1.3 PHA

PHA是一類家族材料，是由特定微生物（如貪銅菌）發(fā)酵合成的各種羥基脂肪酸酯的聚酯材料，可由再生資源生產(chǎn)，并被微生物再次降解[10]。PHA的單體結(jié)構(gòu)有150多種，具有結(jié)構(gòu)多樣性、原料可再現(xiàn)性、可生物降解性和良好的生物相容性，是傳統(tǒng)塑料的一種替代品。但其力學性能與普通塑料比尚有差距，且價格較PLA也貴一些，因此應(yīng)用受到了一定限制[11]。

全球范圍內(nèi)PHA主要的生產(chǎn)企業(yè)包括德國Biomers、日本鐘化（Kaneka）、美國Danimer、天津國韻生物科技有限公司（以下簡稱“天津國韻”）、北京藍晶微生物科技有限公司等。其中，日本Kaneka主要生產(chǎn)PHBH，屬于PHA的一種，2020年產(chǎn)能為2萬t；天津國韻現(xiàn)有年產(chǎn)1萬t生產(chǎn)線；2021年4月，藍晶微生物成立子公司江蘇藍素生物材料有限公司，建設(shè)年產(chǎn)25 000t產(chǎn)業(yè)化項目。

2 可生物降解塑料標準化現(xiàn)狀

目前，可生物降解塑料在日本、美國和歐洲發(fā)展得較為成熟。日本在 1989年成立了日本可生物降解材料協(xié)會（BPS），主要從事可生物降解塑料技術(shù)的推廣和促進可生物降解塑料的商業(yè)化應(yīng)用。1994年，BPS制定了一個工業(yè)方法標準JIS K6590，ISO正是在此標準上制定了ISO 14851。美國最初從事生物降解材料測試方法、推廣和技術(shù)發(fā)展工作的是生物降解制品研究所（BPI），后與美國材料協(xié)會（ASTM）的塑料技術(shù)委員會（D20）成立了環(huán)?？山到馑芰虾蜕锘牧戏治瘯―20.96）。比利時、德國、芬蘭等國也都分別制定了各自生物降解材料的標準。德國曾在卡塞爾市進行了可堆肥化生物降解材料應(yīng)用試驗示范項目，并通過這些項目及大量試驗，發(fā)布了全生物降解材料堆肥能力檢測的標準DIN V54900，ISO則在此標準上制定了ISO 14855[12]。

下文分別對國家標準、ISO標準和ASTM標準體系作出介紹。

2.1 國家標準體系

國內(nèi)可生物降解塑料的國家標準主要歸口單位為全國生物基材料及降解制品標準化技術(shù)委員會（SAC/ TC380）。目前其發(fā)布實施的測定材料生物降解能力的方法標準主要包括：GB/T 19811、GB/T 19276.1和GB/T19276.2等9個，均轉(zhuǎn)化自ISO標準；此外，GB/T 28206為可堆肥塑料的技術(shù)要求，轉(zhuǎn)化自ISO 17088。

在政策推動下，可生物降解塑料產(chǎn)品近些年發(fā)展較快，帶動了國內(nèi)產(chǎn)品標準的數(shù)量提升。據(jù)不完全統(tǒng)計，國內(nèi)與可生物降解相關(guān)的原料、產(chǎn)品的國家標準、行業(yè)標準等超過40個。產(chǎn)品標準的技術(shù)要求差異較多，例如部分標準采用絕對生物分解率，而另一些則采用相對生物分解率。指標設(shè)定上，與美國、歐洲多采用90%以上生物分解率不同，我國的絕對生物分解率多為60%，而相對生物分解率多采用90%，推測這可能與參考的國際標準有關(guān)[13]。

與ISO標準不同，我國標準體系涵蓋了很大部分的產(chǎn)品標準。隨著2021年可降解材料制品的增多和新材料的出現(xiàn)，我國標準體系還需要進一步補充和修訂。例如，缺少 PGA、PBST等可降解塑料樹脂的產(chǎn)品標準；此外，GB/T 35795-2017作為可生物降解農(nóng)用地膜的產(chǎn)品標準，與ISO 23517中對可生物降解農(nóng)用地膜的要求內(nèi)容有較大差異，也可考慮修訂時進一步統(tǒng)一。

2.2 國際標準化組織（ISO）標準

國際標準化組織的環(huán)境領(lǐng)域技術(shù)分委會，即ISO/TC61/SC14，其秘書處設(shè)在德國，主要負責塑料環(huán)境和耐久性相關(guān)的標準化工作，下設(shè)5個工作組，其中WG2專門從事可生物降解相關(guān)標準的制修訂工作。除此之外，SC14分委會的工作領(lǐng)域還包括生物基塑料、碳足跡、微塑料、廢物的有機、機械和化學回收等。目前，SC14發(fā)布實施的標準共33個，其中已發(fā)布可生物降解相關(guān)標準占大多數(shù)，共21個，如表1所示。

在這些標準中，除ISO 17088、ISO 22403和ISO 23517這3個標準外，其余都是方法標準，主要是根據(jù)不同降解環(huán)境和生物有氧與否條件下材料分解能力的不同測定方法。我國已轉(zhuǎn)化發(fā)布包括ISO 17088在內(nèi)的10個標準，另有4個標準正在轉(zhuǎn)化編制中。

2.3 ASTM標準

如前所述，美國材料協(xié)會中負責制定可生物降解材料相關(guān)標準的是環(huán)保可降解塑料和生物基材料分委會（D20.96），在此基礎(chǔ)上，近年來，在D20.96基礎(chǔ)上又進一步成立了4個分委會，分別是材料成分溯源（D20.96.11）；自然環(huán)境降解/生物降解（有氧/厭氧）（D20.96.12）；人工環(huán)境有氧降解/生物降解（D20.96.13）和人工環(huán)境厭氧降解/生物降解（D20.96.14）。目前其發(fā)布的活躍標準共17項，如表2所示。

17個標準中有標準實施規(guī)程5個，主要規(guī)定了可降解材料光降解、濕熱老化等試驗的標準操作程序；標準規(guī)范2個，標準指南1個；其余9個為方法標準，主要包括堆肥化條件下降解塑料有氧降解的測定方法，土壤中塑料有氧生物降解的標準試驗方法，垃圾填埋條件下塑料的有氧和厭氧生物降解測定方法等，也有在海水環(huán)境中采用特定微生物或天然海水進行有氧降解的方法等，內(nèi)容與ISO標準體系大體相似。

4 結(jié)語

隨著我國“雙碳”目標的提出以及綠色發(fā)展的加快推進，大批可生物降解塑料生產(chǎn)項目已陸續(xù)上馬，可以預見，已發(fā)展三十余年的可生物降解塑料必將迎來新一輪的快速增長。在購物袋、垃圾袋、地膜等應(yīng)用領(lǐng)域，可生物降解塑料將獲得更大份額。在標準體系方面，我國已建立了初具規(guī)模的檢測方法和產(chǎn)品標準體系，建議繼續(xù)完善相關(guān)標準的研究和制修訂工作，推進我國可生物降解塑料的可持續(xù)發(fā)展。

10.19599/j.issn.1008-892x.2021.06.006

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