崔文娟
(銅川職業技術學院，陝西 銅川727031)
摘 要:塑料產品的使用，可降解塑料是一種能夠在特定條件下通過降解反應，發生分解的塑料。該類塑料能有效 緩解目前塑料廢棄物導致的環境汙染問題，且具有容易處理、原材料來源廣泛等優勢。在國家政策引導及環境治理 需求的基礎上，可降解塑料受到了廣大科研工作者的高度重視。文章綜述了可降解塑料的種類及其在農業領域、醫 藥領域、食品包裝領域的應用，並對可降解塑料的前景進行展望。
關鍵詞:可降解;塑料;種類;應用
0 引 言
塑料產品的使用，給人類的日常生活與生產帶來極大的便利，2019年全球塑料產量高達3.5億t，我國塑料產量接近1億t[1]，但伴隨大量塑料製品使用後廢棄而來的是環境汙染問題，尤其是不易回收利用與降解的塑料製品，更是成為全球塑料汙染治理的難題。清華大學教授、合成與係統生物學中心主任陳國強在2018年舉行的國際生物聚酯大會 上列出一份最新的統計數據:目前全球每年僅一次 性塑料製品就達1.2億，其中隻有10%被回收利用，另外約12%被焚燒，超過70%被丟棄 到土壤、空氣和海洋中。我國土壤中僅每年殘留的農膜就高達35萬t，殘膜率42%。大量農膜殘留在農田0~30厘米的耕作層中，給農業生產和食品安全帶來了巨大的威脅。在國家政策引導及環境治理需求的基礎上，可降解塑料受到了廣大科研工作者的高度重視。近年來，我國各部委也相繼出台了多個關於塑料製品，尤其是一次性塑料製品使用的禁止與限製使用政策，預計2025年底，在全國範圍內逐步停止使用不可降解塑料袋[2]。
塑料垃圾汙染問題，最重要的原因在於塑料的化學性質。塑料是單體聚合而成的高分子化合物，其結構中的碳分子長鏈十分牢固，不易斷裂，這是造成普通塑料難以分解的主要原因。可降解塑料的原理便是降低碳分子長鏈的斷裂難度，使其易由聚合體分解為小片段，再進一步降解為二氧化碳和水。相比於普通塑料，可降解塑料的降解過程更快速，條件要求更低[3]。因此，可降解塑料的使用，是目前公認的能夠有效解決塑料汙染問題的途徑之一，可降解塑料是指在塑料製品的儲存、使用期限內滿足使用性能要求，使用後，可在自然條件下自行降解成為對環境無害的小分子化合物的塑料。在塑料汙染的高壓和政策的強力驅動下，可降解塑料將成為未來塑料製品發展的新趨勢。就目前為止，可降解塑料的種類及應用進行綜述，為相關領域工作人員提供參考。
1 可降解塑料的種類
塑料主要是以石油為原料[4]，通過聚合反應獲得的一類高聚物，其特點是高聚物主鏈含有碳-碳σ單鍵，碳-碳σ單鍵較為牢固，不易斷裂，這也是塑料製品不易降解的主要原因。對普通塑料經過特殊處理後，使其分子鏈易斷裂，最終分解為對環境無毒無害的小分子化合物，而目前，可降解塑料主要有生物降解塑料、光降解塑料、化學降解塑料三大類。
1 .1 生物降解塑料
生物降解塑料是指能在真菌、細菌、藻類等微生物作用下，發生大分子鏈的斷裂，從而發生降解，最終分解為二氧化碳、水等代謝產物的一類塑料。根據微生物與塑料之間的作用機理及塑料的性能，生物降解塑料分為生物破壞性降解塑料和全生物降解塑料。
1.1.1 生物破壞性降解塑料
生物破壞性降解塑料是微生物與塑料之間發生物理分解作用，即微生物附著於塑料表麵進行增殖，在高分子材料上發生電離、水解等一係列物理分解過程，使高分子材料分解成低聚物片段的一類塑料，因此生物破壞性降解塑料也叫不完全性生物降解塑料。該類塑料主要通過在傳統塑料中加入澱粉、纖維素、小麥粉等天然物質，製成澱粉型、蛋白質型、纖維素型塑料。這類塑料降解時，隻是將大分子鏈降解成了低聚物片段，並未將碳鏈以二氧化碳、水的形式釋放於環境中，即碎片中的石油基塑料[5]仍然殘留於環境中，仍然會引發土壤板結、水土流失等環境問題。
1.1.2 全生物降解塑料
全生物降解塑料是微生物與塑料之間發生生物化學作用，即高分子材料在微生物代謝產生的酶等化合物作用下，逐漸發生氧化分解作用，最終被降解為二氧化碳、水等小分子化合物的一類塑料。該類塑料主要由纖維素、澱粉等天然高分子材料製備而來。主要包含三個類別，第一類為微生物代謝酶作用下合成的，具備生物降解性能的微生物合成塑料，如聚酯。第二類為天然高分子塑料，具有熱塑、可降解性能，如全澱粉塑料。 第三類為以澱粉為原料，經結構改造後合成的，具有良好機械性能、生物可降解等性能的生物降解塑料，如聚乳酸。
1 .2 光降解塑料
光降解塑料是指吸收光能後，高分子鏈發生斷裂，從而發生降解的一類塑料。根據吸光基團引入方式不同，分為共聚型光降解塑料和添加型[6]光降 解塑料兩種。不論是共聚型光降解塑料還是添加型光降解塑料，因受其降解反應條件的限製，例如該類 塑料被埋入土中，或接受光照不足的條件下，則無法發生降解，所以該類塑料的使用有一定的局限性，無法大範圍推廣使用。
1 .2 .1 共聚型光降解塑料
共聚型光降解塑料是由CO、CH2=CH2等單體經過共聚反應，形成主鏈具有羰基等不飽和弱鍵的一類高分子材料。該類高分子材料在光照條件下，不飽和弱鍵吸收紫外光後，發生共價鍵的斷裂，從而發生降解反應。因其結構中不飽和弱鍵的存在，導致其在使用與儲存過程中， 一旦接受光照，即可能引發其性能的改變，所以該類材料很難應用於實際中。
1 .2 .2 添加型光降解塑料
添加型光降解塑料是指在聚合製備普通塑料的過程中，加入能夠吸收紫外光的有機、無機類光敏物質[7]，增強高分子材料光降解能力的一類塑料。有機光敏物質主要包括羰基類化合物、芳香族化合物，如對苯醌、二苯乙酮等，無機光敏劑主要是過渡金屬化合物。光敏劑吸收紫外光後主要發生共價鍵的均裂，產生自由基，自由基進一步促進高分子鏈的斷裂，發生降解。該類塑料可通過調節光敏劑的加入量控製其分解周期的長短。而該類光降解塑料的缺陷是裏麵添加的光敏劑是否會產生環境汙染，尚不明確，因此其應用仍然受到限製。
1 .3 新型可降解塑料
英國交響環境公司曾研製出一種壽命可預先控製的塑料，該類塑料會在預先設定的壽命期限內發生降解，隻生成H2O和CO2。其特征是添加劑無毒無害，可從自然資源中獲取，隻占3%的比例，對塑料的使用性能幾乎無影響，甚至可提高塑料的強度。德國科研人員借助化合物的揮發性，將聚苯乙烯與聚甲基丙烯酸甲酯混合於一種溶劑中，塗抹於相機鏡頭，之後除去聚苯乙烯，製成含有0.1μm 微孔的膜，極大的提高了相機的透光率。
2 可降解塑料的應用
2.1 農業領域的應用
農業領域應用最為廣泛的塑料是能夠保濕、保溫的地膜。據統計，我國2015年地膜覆蓋麵積高達0.18億hm2[8]，預計2024年可達0.22億 hm2，使用量將高於200萬t，且每年新增30萬t左右不可降解的殘留地膜。傳統地膜使用後，若沒有及時清理，會導致土地板結，甚至影響農作物生長。而可降解塑料，尤其是生物降解塑料的出現，能夠解決該問題。地膜使用時，及使用後，絕大部分需要用土壤覆蓋，而這種環境恰巧為生物可降解塑料提供了良好的降解環境，使其在使用廢棄後被微生物降解，生成小分子化合物，極大的避免了地膜使用後的汙染問題。例如巴斯夫公司研發製備的可降解聚酯高分子材料，其壽命為3個月，在使用的3個月內會被降解，而作物損失量僅為5%左右[9]。
2 .2 醫藥領域的應用
隨著社會的進步，在醫藥領域，塑料製品的使用量逐年增大，隨之而來的是較大的廢棄量帶來的環境汙染壓力。可降解塑料的出現，極大的緩解了因不可降解廢棄塑料引發的環境汙染問題。可降解塑料在滿足其降解條件的情況下，可在一定時間內發生降解，由大分子化合物降解為小分子化合物，進入環境循環體係或生物循環體係，例如，具有加工性能好，熱穩定性高，溶解性好等優良特性的聚乳酸，使用廢棄後可通過自然降解的方式處理，也可焚燒處理，焚燒處理時無有毒有害氣體釋放，因此其在醫藥領域如手術縫合、骨科固定等方麵應用廣泛。另外，目前全球產業化生產的聚羥基烷酸在心髒膜瓣、血管等組織工程中得到了廣泛應用。
2 .3 食品包裝領域的應用
傳統食品包裝材料具有力學性能好、耐熱能力強等優勢，但絕大部分為不可降解塑料，而隨著包裝材料的廢棄，引發了嚴重的環境汙染問題，例如餐飲行業的外賣盒，因其不可降解的性能，一度造成嚴重的“白色汙染”環境問題。目前已經有多種可降解塑料應用於食品包裝行業。例如將聚3-羥基丁酸酯 -co-4-羥基丁酸酯與木質素結合製備而成的用於包裝的複合型材料，既能有效阻隔二氧化碳、氧氣滲透，又有較強的韌性，解決包裝問題的同時也解決了塑料降解問題 。
3 結 語
目前的社會需求與政策導向，決定了可降解塑 料的巨大發展空間，正受到廣泛的關注。但可降解塑料的優勢與弊端並存，主要優勢是可降解、材料來 源廣泛，易處理、危害小，不再單純的依賴於石油資源，是解決“白色汙染”的有效途徑。而弊端則是其 使用性能與生產成本問題，通常可降解塑料耐熱性 能、力學性能較普通塑料差一些，且其生產成本較高。研發性能優良、生產成本低的可降解塑料將是 未來塑料行業的後起之秀。
參考文獻:
[1] 劉國偉，庹解語，王之遠.采訪中國石油和化學工業聯 合會副秘書長龐廣廉:理性看待塑料和塑料汙染[J]. 環 境 與 生 活 ，2020(149):34-43.
[2] 陶 怡，柯 彥，李俊彪，等.我國生物可降解塑料市場現 狀 [J].化 工 管 理 ，2020(3):118-119.
[3] 張 芮 菡 .可 降 解 塑 料 的 種 類 與 應 用 現 狀 [J].當 代 化 工 研 究 ，2019(1):20-21.
[4] 易 力，雷麗紅，杜美慧，等.塑料垃圾降解研究進展 [J].科 技 視 界 ，2020(6):271-273.
[5] 張麗媛，韋存茜，楊建平.可降解塑料在食品相關產品 方麵的應用及質量安全要求[J].食品安全質量檢測學 報 ，2020，11(7):2303-2308.
[6] 廖 栩 烽 .淺 談 可 降 解 塑 料 的 研 究 進 展 [J].化 工 管 理 ， 2018(26):215-216.
[7] 歐 亞 梅 .綠 色 塑 料 的 製 備 及 其 在 包 裝 領 域 的 應 用 [J]. 食 品 工 業 ，2020，41(11):250-252.
[8] 李 燕，曹 朵，賈鳳安，等.生物基可降解塑料及其在農 業 領 域 的 研 究 進 展 [J ] . 應 用 化 工 ，2 0 2 0 ，4 9 (9 ) :2 3 9 7 - 2400.
[9] TOUCHALEAUME F，MARTIN-CLOSAS L，AN- GELLIER- Cousy H，et al.Performance and envi- ronmental impact of biodegradable polymers as agricul- tural mulching films[J].Chemosphere，2016，144: 433-439.
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