生物可降解材料：不讓口罩成為下一個塑料污染源

一次性醫(yī)用防護口罩已成為人們?nèi)粘Ｉ畹谋貍淦?。?jù)世界衛(wèi)生組織估算，2020年，全球至少生產(chǎn)了1,290億個口罩，其中大多數(shù)是一次性醫(yī)用防護口罩。若得不到妥善處理，這些口罩將對生態(tài)環(huán)境構(gòu)成嚴重威脅。日前，中國科學院院士、中國生物工程學會理事長高福在湖北武漢舉行的第十五屆中國生物產(chǎn)業(yè)大會上呼吁，當前生物產(chǎn)業(yè)界亟須推動產(chǎn)學研結(jié)合，促進可降解材料在一次性醫(yī)用防護口罩上的應用，減少環(huán)境負擔。

常見的、可用來生產(chǎn)一次性醫(yī)用防護口罩的生物可降解材料有哪些？這些材料是如何實現(xiàn)既能過濾有害物質(zhì)又能降解的？生物可降解一次性醫(yī)用防護口罩是否已經(jīng)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應用？帶著這些問題，《科技日報》記者采訪了相關(guān)專家。

廢棄一次性口罩對環(huán)境構(gòu)成威脅

一次性醫(yī)用防護口罩（以下簡稱口罩）一般由面罩、口罩帶和鼻夾3部分組成。

生態(tài)環(huán)境部固體廢物與化學品管理技術(shù)中心危險廢物管理技術(shù)部主任鄭洋說，口罩的面罩部分一般分為3層，主要原料都是聚丙烯（PP）非織造布，屬于不可降解塑料。

記者查看了多款口罩的“產(chǎn)品結(jié)構(gòu)組成”，除了面罩由聚丙烯組成之外，口罩帶的主要材料也是聚丙烯非織造布。鼻夾則用聚乙烯（PE）來包裹細鐵絲，而聚乙烯也屬于不可降解塑料。

廢棄口罩處理不當會導致環(huán)境問題?！叭绻堰@種口罩扔到自然環(huán)境中，降解時間可能要幾十年到幾百年?！编嵮笳f。

北京化工大學材料科學與工程學院教授丁雪佳也表示，口罩的過濾材料，本質(zhì)上是一種塑料，需要長達450年時間才能被分解。

有分析報告指出，2020年，全球至少有15.6億個口罩因處理不當流入海洋中，部分廢棄口罩入侵野生動物的棲息地。大量廢棄口罩將直接對海洋生物、鳥類的生存，以及漁業(yè)、水產(chǎn)養(yǎng)殖等造成影響。

廢棄口罩對生態(tài)環(huán)境的危害不止肉眼可見的這些。與其他材料相比，非織造布的纖維直徑極細，口罩的使用過程又加劇了纖維之間的機械磨損，形成了更多微塑料。研究表明，未使用過的口罩，微塑料平均釋放量為71～308個/只；使用后的口罩，微塑料平均釋放量增加到682～1,918個/只。在海洋中，這些微塑料很容易被魚類、蝦等生物攝入，從而進入食物鏈，最終進入人體。

用聚乳酸制成生物可降解口罩

對此，丁雪佳說，使用可降解材料制作口罩，能有效緩解廢棄口罩對生態(tài)環(huán)境的壓力。

當前，國內(nèi)市場上已出現(xiàn)多款生物可降解口罩，其主要材料是聚乳酸（PLA）。比如蚌埠豐原涂山制藥有限公司生產(chǎn)的全降解聚乳酸環(huán)?？谡?，用生物基可降解材料聚乳酸替代聚丙烯，由這種材料制作而成的口罩可在自然環(huán)境下分解為水和二氧化碳，不會增加生態(tài)負擔。納通醫(yī)用防護器材（天津）有限公司生產(chǎn)的生物基可降解口罩，主要成分也為聚乳酸，鼻夾為聚乳酸和聚己二酸對苯二甲酸丁二醇酯（PBAT）共混，口罩帶為聚乳酸與氨綸共混，這些材料均可實現(xiàn)堆肥降解，降解周期約為6個月。

聚乳酸為何能成為生物可降解口罩的主要材料？這與聚乳酸本身的特性有關(guān)。

中國化學纖維工業(yè)協(xié)會撰寫的《聚乳酸纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告》（以下簡稱《報告》）顯示，聚乳酸具有較好的力學性能、吸濕透氣性、抑菌性，以及良好的生物可降解性和生物相容性，聚乳酸制成的織物手感柔軟……這些性能使得聚乳酸能夠廣泛應用于服裝、家紡和醫(yī)用衛(wèi)生材料等領(lǐng)域。

中國化學纖維工業(yè)協(xié)會市場推廣部副主任王永生說，在正常溫度與濕度下，聚乳酸及其產(chǎn)品相當穩(wěn)定。但在一定溫度和濕度的自然環(huán)境中，比如在沙土、淤泥和海水中，聚乳酸能被自然界中的微生物完全降解，最后分解成水和二氧化碳。

“聚乳酸具有100%的生物相容性，是一種安全無刺激的聚酯類物質(zhì)，即使進入人體，也能在人體內(nèi)完全分解為水和二氧化碳，再經(jīng)人體循環(huán)排出體外。在其分解過程中，產(chǎn)生的中間產(chǎn)物乳酸也是人體肌肉會產(chǎn)生的物質(zhì)，可以作為碳素源被人體吸收，完全無毒性?！敝袊瘜W纖維工業(yè)協(xié)會總經(jīng)濟師、中國化學纖維工業(yè)協(xié)會生物基纖維專業(yè)委員會秘書長李增俊說。

在生物可降解口罩研發(fā)和使用方面，除了聚乳酸外，還有多種技術(shù)路線。如韓國科學技術(shù)院開發(fā)出了一種功能性和生物可降解的聚合物過濾膜，過濾膜由PBAT基質(zhì)與十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）和蒙脫土（MMT）黏土混合而成，在靜電紡絲過程中，可在材料表面自發(fā)演變放大抗菌、抗病毒活性，以及長時間持續(xù)保留吸附粉塵和飛沫的靜電。

來自印度尼西亞加札馬達大學的兩名生物技術(shù)研究人員提出，可用菠蘿葉制成生物可降解一次性口罩。由于用菠蘿葉的天然纖維代替了塑料，因此其在進入土壤后，可在微生物作用下，快速降解。

生物可降解材料產(chǎn)業(yè)化面臨挑戰(zhàn)

但是聚乳酸等生物可降解材料要實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應用，還面臨著諸多挑戰(zhàn)。《報告》顯示，在禁塑限塑的推動下，聚乳酸已成為我國行業(yè)發(fā)展熱點。2022年，我國聚乳酸纖維產(chǎn)能達到9.8萬t，產(chǎn)業(yè)快速增長。聚乳酸產(chǎn)業(yè)鏈集生物發(fā)酵、化學、化工、高分子材料加工等技術(shù)于一體，具有技術(shù)門檻高、技術(shù)集成度高等特點。目前，我國聚乳酸產(chǎn)業(yè)整體仍處于起步階段，規(guī)?；⒌统杀?、高性能技術(shù)還亟待提高。

2023年1月，工業(yè)和信息化部等六部委印發(fā)《加快非糧生物基材料創(chuàng)新發(fā)展三年行動方案》，提出到2025年，非糧生物質(zhì)原料利用和應用技術(shù)基本成熟。當前，聚乳酸原料主要為淀粉質(zhì)原料，李增俊說，在“不與人爭糧、不與糧爭地”原則制約下，應開展秸稈、玉米芯、生物質(zhì)甘油等的應用開發(fā)，拓寬聚乳酸原料來源。

王永生說，我國聚乳酸生產(chǎn)企業(yè)規(guī)模較小，生產(chǎn)成本較高，亟須破解聚乳酸原料多元化、國產(chǎn)化等難題，補齊聚乳酸聚合和制備技術(shù)短板，降低生產(chǎn)成本。

當前，聚乳酸主要應用于紡織服裝、日用包裝材料、農(nóng)用地膜、口罩等領(lǐng)域。王永生說，要揚長避短，發(fā)揮聚乳酸性能特點和優(yōu)勢，有針對性地開發(fā)下游產(chǎn)品。要重視下游應用拉動作用，針對聚乳酸應用規(guī)模較小的現(xiàn)狀，促進研發(fā)、生產(chǎn)、應用、裝備等產(chǎn)業(yè)鏈上下游協(xié)同發(fā)展，進一步擴大聚乳酸應用規(guī)模，提高其有效供應能力。