淺談降解塑料的危害及解決方法

薛俊海

（遼寧省檢驗(yàn)檢測(cè)認(rèn)證中心/遼寧省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)院，沈陽 110032）

前言

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，質(zhì)量輕、易加工、性質(zhì)穩(wěn)定的傳統(tǒng)塑料得到了大規(guī)模的使用?，F(xiàn)代經(jīng)濟(jì)發(fā)展和塑料的使用息息相關(guān)，但傳統(tǒng)塑料的大量使用已給全球帶來嚴(yán)重塑料危害。

二十一世紀(jì)以來，我國已逐步實(shí)施“限塑令”，在并設(shè)立兩步走的雙碳目標(biāo)，即2030 年實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”的階段性目標(biāo)，2060 年基本實(shí)現(xiàn)“碳中和”的環(huán)保要求[1]。

鑒于綠色社會(huì)的建設(shè)要求，降解塑料得到大規(guī)模應(yīng)用。降解塑料包括生物降解塑料、光降解塑料、化學(xué)降解塑料、熱降解塑料等類型，目前在國內(nèi)獲得大規(guī)模應(yīng)用的是生物降解塑料，其他類型的降解塑料僅“視覺上”消除塑料污染，目前生產(chǎn)技術(shù)和降解性能還未獲得社會(huì)的認(rèn)可[2]。

以聚乳酸（PLA）、聚丁二酸丁二醇酯（PBS）、聚己二酸對(duì)苯二甲酸丁二醇酯（PBAT）等種類為代表的生物降解塑料，已經(jīng)在農(nóng)業(yè)、包裝等行業(yè)和領(lǐng)域得到了廣泛的使用。

降解塑料雖然解決了塑料的環(huán)保型問題，看似成為了傳統(tǒng)塑料的替代品，但可降解塑料實(shí)際上并非完美的替代方案，它對(duì)人體健康、生物多樣性和環(huán)境系統(tǒng)也會(huì)造成一定的危害。

一、現(xiàn)有環(huán)境和食品安全要求

降解塑料GB/T 41010-2021《生物降解塑料與制品降解性能及標(biāo)識(shí)要求》降解材料標(biāo)準(zhǔn)對(duì)降解材料的化學(xué)性能提出了要求，其中包括常見的有害重金屬元素砷、鎘、鉻、銅、汞、鎳、鉛，還包括鈷、氟、鉬、硒、鋅等特定元素[3]。

GB 4806.7-2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品接觸用塑料材料及制品》要求塑料制品的遷移量不得超過10mg/dm2。

GB 4806.6-2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品接觸用塑料樹脂》規(guī)定了部分降解塑料樹脂的特定遷移量，在塑料包裝材料中應(yīng)用較為廣泛的聚對(duì)苯二甲酸己二酸丁二醇酯（PBAT）要求了對(duì)苯二甲酸和丁二醇的特定遷移量。

朱東波等研究人員對(duì)新生產(chǎn)出的降解塑料自粘保鮮膜的安全性進(jìn)行了檢測(cè)和評(píng)價(jià)，降解塑料在高溫、微波、長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存等使用條件時(shí)，遷移量較大，有一定的食品安全風(fēng)險(xiǎn)，總遷移量和特定遷移量均不符合國家標(biāo)準(zhǔn)的要求[4]。

二、降解塑料應(yīng)用中的問題

1. 降解地膜的應(yīng)用問題

可降解地膜在我國已經(jīng)取得了一定的應(yīng)用，雖然能降解的地膜是為了解決農(nóng)業(yè)地面覆蓋薄膜的污染問題而推廣，但是可降解的地膜在較大規(guī)模的應(yīng)用的過程中遇到了較多的問題。

近年來，我國在降解地膜推廣和應(yīng)用過程中遇到的問題主要包括：

① 市場(chǎng)上銷售的部分明示可降解的地膜并不是完全降解地膜，目前國家認(rèn)可完全降解地膜僅包括生物降解地膜，為此制定了推薦性國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 35795-2017《全生物降解農(nóng)業(yè)地面覆蓋薄膜》，其中規(guī)定全降解地膜有機(jī)的成分不應(yīng)小于51%，相對(duì)生物分解率不得小于90%[5]；

② 部分農(nóng)業(yè)薄膜生產(chǎn)企業(yè)為控制成本、搶占市場(chǎng)、獲得利潤(rùn)，在市場(chǎng)銷售部分降解農(nóng)業(yè)地膜，這些企業(yè)在傳統(tǒng)塑料中添加淀粉、纖維素等物質(zhì)，這些物質(zhì)摻雜在地膜中，容易分解，但其中大量的聚乙烯（PE）等傳統(tǒng)塑料并不能實(shí)現(xiàn)降解，僅在表面上實(shí)現(xiàn)了農(nóng)膜的降解，并不能減少白色污染[6]；

③ 全生物降解地膜的生產(chǎn)及加工成本要高于傳統(tǒng)地膜，傳統(tǒng)塑料地膜的成本在1 萬元/噸左右，但全生物降解地膜的成本則高達(dá)2.5 萬元/噸-3 萬元/噸，這種情況就致使全生物降解地膜的價(jià)格遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通地膜，不易于降解材料在農(nóng)業(yè)的應(yīng)用和推廣；

④ 傳統(tǒng)地膜在農(nóng)業(yè)上的主要作用為保溫、保墑、除草等，目前部分降解地膜尚不能完全實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)農(nóng)膜的功能，使用降解地膜后，反而導(dǎo)致農(nóng)業(yè)的減產(chǎn)。部分地區(qū)使用降解的地膜后農(nóng)作物的產(chǎn)量呈現(xiàn)下降趨勢(shì)；

⑤ 可降解地膜在地里一段時(shí)間后即可分解，但受光照、雨水、溫度等影響，地膜的分解速度難以控制，容易影響下一批農(nóng)作物的播種。在播種期，原有地膜并未完全分解，而部分分解的降解地膜又難以通過人工和機(jī)械的方式予以清除，因此降解地膜的使用受我國不同地區(qū)、不同季節(jié)的溫度、雨水、土壤以及播種的農(nóng)作物種類等影響很大，需要進(jìn)行系統(tǒng)研究才能滿足目標(biāo)地區(qū)的降解地膜技術(shù)指標(biāo)要求，應(yīng)用條件非?？量蘙7]。

2. 降解購物袋的應(yīng)用問題

我國降解購物袋產(chǎn)品也制定了國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 38082-2019《生物降解塑料購物袋》，全降解購物袋需在生物降解性能、標(biāo)識(shí)、提吊性能、跌落試驗(yàn)、漏水性、封合強(qiáng)度、落鏢沖擊等多個(gè)關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)滿足標(biāo)準(zhǔn)要求[8]，但目前購物袋產(chǎn)品綜合性能不佳，企業(yè)使用可降解樹脂原材料制作的購物袋，落鏢沖擊等物理性能難以保證滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。降解性能和應(yīng)用性能難以兼顧的原因應(yīng)為我國生產(chǎn)企業(yè)在原材料配比、生產(chǎn)工藝等技術(shù)水平不足，難以兼顧降解性能和物理性能。這些情況導(dǎo)致了我國購物袋產(chǎn)品的合格率不高，難以與傳統(tǒng)的塑料購物袋產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)，在國內(nèi)市場(chǎng)的推廣情況不樂觀[9]。

三、降解塑料的危害

1. 降解塑料的分子鏈重組過程

降解塑料首先經(jīng)過水解、交聯(lián)等化學(xué)反應(yīng)和高分子反應(yīng)形成更大的聚合物，分子量有明顯的上升。在這個(gè)重組的過程中，原有分子鏈斷裂，機(jī)械性能出現(xiàn)明顯的下降，原有塑料形態(tài)發(fā)生變化，塑料制品崩解形成微小顆?；蛭⑺芰蟍10]。

在這個(gè)過程中，降解塑料發(fā)生碎裂，塑料制品碎裂形成更小的塑料碎片和微塑料。生物可降解塑料與傳統(tǒng)塑料的環(huán)境危害相當(dāng)，同樣也產(chǎn)生了大量的微塑料，且這些微塑料具有更強(qiáng)的化學(xué)活性。

然而，由于降解塑料具有“可降解性”，降解塑料在環(huán)境中的微塑料危害沒有得到社會(huì)的關(guān)注和中實(shí)。已有研究人員證明，降解塑料在自然環(huán)境中更容易形成降解塑料的微塑料，這些微塑料可轉(zhuǎn)移到土壤、水、大氣等環(huán)境，由于微塑料比表面積大的特性，更容易作為各種有機(jī)物質(zhì)等污染物的載體，在環(huán)境中吸收、富集、轉(zhuǎn)移各種有害物質(zhì)，危害環(huán)境系統(tǒng)和人類健康[11]。

理論上降解塑料進(jìn)入環(huán)境后，在環(huán)境和微生物等作用下可以被降解成化學(xué)小分子。然而，降解塑料的降解條件較為苛刻，如應(yīng)用較為廣泛的生物降解塑料國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 19277.1-2011《受控堆肥條件下材料最終需氧生物分解能力的測(cè)定》中的降解條件是58℃，pH 值在7.0-9.0 之間。但在正常的環(huán)境條件下，降解塑料的最佳降解條件并不能夠達(dá)到，因此降解塑料被投放到環(huán)境中后有很長(zhǎng)時(shí)間將以微塑料等形式出現(xiàn)。研究發(fā)現(xiàn)，環(huán)境中降解微塑料與傳統(tǒng)微塑料的具有近乎相同環(huán)境行為，但大多數(shù)降解塑料只能在特定條件下發(fā)生（如堆肥），因此降解微塑料在環(huán)境中會(huì)存在較長(zhǎng)的時(shí)間。因此，盡管目前降解塑料的產(chǎn)量?jī)H占傳統(tǒng)塑料產(chǎn)量的1%左右，但隨著降解塑料的大規(guī)模應(yīng)用，未來降解塑料的產(chǎn)量將在未來有較大的增長(zhǎng)，以滿足國家和社會(huì)對(duì)環(huán)境保護(hù)的要求[12]。

但由于降解塑料在環(huán)境中也會(huì)導(dǎo)致微塑料污染，因此，需要對(duì)降解塑料進(jìn)行科學(xué)的全產(chǎn)業(yè)鏈管理，并且需要改變現(xiàn)有工藝提高其在實(shí)際環(huán)境中的降解性能。

2. 降解塑料的分子鏈分解過程

降解塑料隨著降解過程的進(jìn)一步進(jìn)行，交聯(lián)形成的聚合物間化學(xué)鍵等連接進(jìn)一步分解，形成分子量較小的高分子片段和化學(xué)小分子，這個(gè)過程降解塑料的分子量呈降低趨勢(shì)，原有高分子鏈斷裂形成小分子鏈和化學(xué)小分子。而且隨著降解過程的繼續(xù)，分子量不斷降低[13]。

降解塑料的高分子化合物分解為微小塑料顆粒后，在進(jìn)一步的降解過程中會(huì)分解為化學(xué)小分子，這些小分子會(huì)對(duì)環(huán)境和人體健康造成危害。

生物降解材料聚乳酸（PLA）是目前應(yīng)用較為廣泛的降解塑料。PLA 分解生成的乳酸、乙酸、甲酸等化合物容易誘發(fā)了海洋生物體內(nèi)的蛋白質(zhì)變化，改變了海洋動(dòng)物的新陳代謝和日?；顒?dòng)，從而影響了海洋動(dòng)物的多樣性和種群數(shù)量，以及海洋植物的總量，減少海洋植物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的生產(chǎn)量[14]。

在陸地生物圈中，聚乳酸可能影響土壤穩(wěn)定性。聚乳酸的分解物呈酸性，會(huì)降低土壤的pH值，減少土壤中的活性基團(tuán)數(shù)量，破壞土壤結(jié)構(gòu)，阻礙植物的發(fā)芽和生長(zhǎng)，進(jìn)而影響節(jié)肢動(dòng)物的數(shù)量，破壞生態(tài)環(huán)境。

聚己二酸/對(duì)苯二甲酸丁二醇酯（PBAT）也是一種應(yīng)用廣泛的降解塑料，PBAT 在降解的過程中會(huì)生成對(duì)苯二甲酸、己二酸等酸性物質(zhì)。這些酸性物質(zhì)對(duì)環(huán)境有較大的危害，對(duì)大氣、水體、土壤等造成嚴(yán)重的污染，對(duì)苯二甲酸、己二酸等有機(jī)酸隨大氣循環(huán)，可在大氣的化學(xué)、物理變化中形成酸雨；這些有機(jī)酸進(jìn)入水中時(shí)，會(huì)降低水環(huán)境的pH 值，造成水中的藻類、魚類等動(dòng)物死亡，改變現(xiàn)有生態(tài)平衡。對(duì)苯二甲酸等芳香族化合物有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，會(huì)在土壤中緩慢的分解，消耗土壤中的堿性基團(tuán)，影響土壤的pH 值，造成土壤的酸化。

降解塑料袋遷移化學(xué)物質(zhì)對(duì)生態(tài)環(huán)境到底會(huì)有怎樣的影響，現(xiàn)在科研工作者無法給出準(zhǔn)確的答案。但部分植物和動(dòng)物對(duì)化學(xué)物質(zhì)高度敏感，它們?cè)谏L(zhǎng)和發(fā)育的各個(gè)階段都可能受到化學(xué)物質(zhì)的影響，盲目大量使用降解塑料可能會(huì)造成不可逆轉(zhuǎn)的生態(tài)影響。

3. 降解塑料的化合物分解過程

降解產(chǎn)生的化學(xué)小分子在微生物和環(huán)境的共同作用下，一部分在環(huán)境中分解，形成二氧化碳和水等小分子；一部分在生物體內(nèi)進(jìn)行生化反應(yīng)，進(jìn)入自然界的物質(zhì)循環(huán)過程，最終完成降解。

在降解塑料降解的最后一個(gè)階段，高分子鏈分解出的化合物會(huì)進(jìn)一步分解為二氧化碳和水等小分子，最終完成降解。

生物可降解塑料的廢棄物與傳統(tǒng)高分子塑料會(huì)對(duì)環(huán)境和人體健康造成同等的危害。這兩種類型的塑料制品都會(huì)消耗環(huán)境中的能量和物質(zhì)，能量包括太陽光能、熱能、化學(xué)能等，物質(zhì)包括氧氣、養(yǎng)分等[15]。

環(huán)境中的植物和動(dòng)物同樣會(huì)消耗這些能量和物質(zhì)來維持本身的數(shù)量，降解塑料消耗的這些能量和物質(zhì)會(huì)影響環(huán)境中生物的數(shù)量，減少進(jìn)入生物圈中能量和物質(zhì)的總量。在這個(gè)角度看來，降解塑料的使用并不是一個(gè)好的解決塑料污染的辦法，降解塑料在解決塑料污染的同時(shí)，可能會(huì)引來很多新的環(huán)境和生態(tài)問題。

四、提升降解塑料產(chǎn)品質(zhì)量措施

降解塑料生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)自身產(chǎn)品的質(zhì)量重視程度，不斷改進(jìn)和提升生產(chǎn)工藝，使得可降解制品滿足國家要求的降解要求。對(duì)比原有塑料制品，物理性能指標(biāo)不應(yīng)有明顯的性能下降。生產(chǎn)企業(yè)不應(yīng)生產(chǎn)假冒偽劣的降解塑料制品，造成更為嚴(yán)重的污染和危害。

政府應(yīng)加強(qiáng)可降解塑料制品管理，杜絕以次充好欺騙消費(fèi)者。增加監(jiān)督抽查等管理行為，從生產(chǎn)和流通領(lǐng)域監(jiān)管降解塑料產(chǎn)品質(zhì)量，防止不合格降解塑料產(chǎn)品在市場(chǎng)流通。檢測(cè)和科研單位應(yīng)在降解塑料領(lǐng)域深入研究，發(fā)現(xiàn)降解材料對(duì)人體健康和自然環(huán)境的危害，在減少“白色污染”的同時(shí)，確保降解塑料不會(huì)造成其他的危害。

結(jié)語

用降解塑料制成的新種類的一次性產(chǎn)品（紙制品、降解塑料制品）替代原有的一次性產(chǎn)品（傳統(tǒng)的塑料制品），只是將環(huán)境問題轉(zhuǎn)移到了其他的方向和領(lǐng)域，可能引起難以預(yù)知的問題。為了解決目前的“白色污染”問題，我們應(yīng)該在根本上減少塑料的使用，促進(jìn)塑料制品的多次使用和循環(huán)利用，提高塑料制品的回收率，才能在源頭上解決“白色污染”的塑料危機(jī)。