半個(gè)多世紀(jì)以來，塑料工業(yè)技術(shù)迅猛發(fā)展，其用途已滲透到工業(yè)、農(nóng)業(yè)以及人民生活的各個(gè)領(lǐng)域，并與鋼鐵、木材、水泥并列成為國民經(jīng)濟(jì)的四大支柱材料。但塑料使用后隨之會(huì)帶來大量的固體廢棄物，尤其是塑料制品，如食品包裝袋、飲料瓶、農(nóng)用薄膜等的廣泛使用，嚴(yán)重污染人類的生存環(huán)境，成為世界性的公害。有資料表明，城市固體廢棄物中塑料的質(zhì)量百分比已達(dá)10%以上，體積百分比則在30%左右，而其中大部分是一次性塑料包裝及日用品廢棄物，它們對環(huán)境的污染、對生態(tài)平衡的破壞已引起了社會(huì)極大的關(guān)注。因此，解決這個(gè)問題已成為保護(hù)環(huán)境的當(dāng)務(wù)之急。

一般來講，塑料除了熱降解以外，在自然環(huán)境中的光降解和生物降解的速度都比較慢，用Cl4同位素跟蹤塑料在土壤中的降解，結(jié)果表明，塑料的降解速度隨著環(huán)境條件(降雨量、透氣性、溫度等)的不同而有所差異，但總的而言，降解速度是非常緩慢的，通常認(rèn)為需要200年～400年。為了解決這個(gè)問題，工業(yè)發(fā)達(dá)國家采用過掩埋、焚燒和回收利用等方法來處理廢棄塑料，但是，這幾種方法都存在無法克服的缺陷。進(jìn)行填埋處理時(shí)占地多，且使填埋地不穩(wěn)定。當(dāng)進(jìn)行焚燒處理時(shí)，因其發(fā)出熱量大，易損壞焚燒爐，并排出二惡英，有時(shí)還可能排放出其他有害氣體。而對于回收利用，往往難以收集或即使強(qiáng)制收集進(jìn)行回收利用，經(jīng)濟(jì)效益很差甚至無經(jīng)濟(jì)效益。因而越來越多的學(xué)者提倡開發(fā)和應(yīng)用降解塑料，并將它看作是解決這一世界難題的理想途徑。目前，世界發(fā)達(dá)國家積極發(fā)展降解塑料，美國、日本、德國等發(fā)達(dá)國家都先后制定了限用或禁用非降解塑料的法規(guī)。

1 降解塑料

降解塑料是指一類其制品的各項(xiàng)性能可滿足使用要求，在保存期內(nèi)性能不變，而使用后在自然環(huán)境條件下，能降解成為對環(huán)境無害的物質(zhì)的塑料。降解塑料按其降解機(jī)理分為生物降解塑料、光降解塑料和環(huán)境降解塑料。21世紀(jì)是保護(hù)地球環(huán)境的時(shí)代，是資源、能源更趨緊張的年代，為治理那些量大、分散、臟亂、難以收集或印使強(qiáng)制收集進(jìn)行回收利用，經(jīng)濟(jì)效益甚差或無效益的一次性塑料廢棄物，不僅對生態(tài)環(huán)境造成污染，同時(shí)也是對資源、能源的一種極大浪費(fèi)。降解塑料能減少白色污染，有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，為此高效的降解塑料的研究開發(fā)已成為塑料工業(yè)界、包裝工業(yè)界以及環(huán)保界的重要發(fā)展戰(zhàn)略，而且成為全球矚目的研究開發(fā)熱點(diǎn)。同時(shí)，隨著人們對可降解材料認(rèn)識的提高以及環(huán)保意識的不斷加強(qiáng)，這類材料將有著極其廣闊的前景。

2 光降解機(jī)理

光降解是指在日光照射下，光降解塑料吸收紫外線等輻射能后發(fā)生光引發(fā)作用，使鍵能減弱，長鏈分裂成較低分子量的碎片，聚合物的完整性受到破壞，物理性能下降。較低分子量的碎片在空氣中進(jìn)一步發(fā)生氧化作用，產(chǎn)生自由基斷鏈反應(yīng)，降解成為能被生物分解的低分子量化合物，最后被徹底氧化為C02和H20。整個(gè)降解過程是由光降解和自由基斷鏈氧化反應(yīng)相結(jié)合的Norrish反應(yīng)。

3 光降解影響因素

影響塑料光降解的主要因素包括：

1.塑料分子結(jié)構(gòu)。光降解塑料的分子結(jié)構(gòu)是光降解的主要影響因素。

2.光敏劑。添加光敏劑可促進(jìn)光降解。光敏劑在初期能延續(xù)其光化學(xué)反應(yīng)。經(jīng)誘導(dǎo)期后，被光激發(fā)可以將其激發(fā)態(tài)能量轉(zhuǎn)移給聚合物(塑料)，加速其光化學(xué)反應(yīng)，使塑料發(fā)生降解和氧化。常用的光敏劑有乙酰丙酮金屬化合物、二硫代氨基甲酸金屬化合物、二茂鐵、硬脂酸鹽和肪鹽等。

3.光波長。根據(jù)光量子理論，光波長越短，光量子所具有的能量越大，在290μm～400μm范圍的紫外光所具有的光能量一般高于引起塑料高分子鏈上各種化學(xué)鍵斷裂所需要的能量。但是各種高分子結(jié)構(gòu)對光波波長的敏感性各有不同。如果所吸收的波長不是某種高分子的敏感波長，其光降解作用就很小。所以，紫外光的波長必須與塑料高分子斷裂的敏感波長相匹配。

4.大氣條件。大氣中的氧、熱、濕度會(huì)加速光降解。若升高溫度，高分子熱運(yùn)動(dòng)加劇，大分子碰撞次數(shù)增多，有利于與氧接觸發(fā)生光氧化反應(yīng)。

4 光降解塑料開發(fā)現(xiàn)狀

降解塑料的研究開發(fā)始于上世紀(jì)70年代，80年代經(jīng)歷了較大的起伏，上世紀(jì)90年代是進(jìn)入了比較求實(shí)和穩(wěn)定的發(fā)展階段。從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、性能總體而言，當(dāng)前光降解塑料的研究開發(fā)已比較成熟，正逐步推向?qū)嵱没A段。

近年來，可光降解塑料重點(diǎn)集中在聚烯烴，因?yàn)榇祟惒牧鲜褂脧V泛且易于光降解。根據(jù)制品線不同，光降解塑料可分為共聚型光降解塑料和添加型光降解塑料。

1.共聚型光降解塑料

將適當(dāng)?shù)墓饷舾谢鶊F(tuán)(如一CH=O)通過共聚的方式引入聚合物材料的分子結(jié)構(gòu)中，從而賦予高分子材料光降解的特性。

目前，合成的光降解聚合物，主要是烯烴和一氧化碳或烯酮類單體的共聚物。這樣，就能夠得到含有羰基結(jié)構(gòu)并可以發(fā)生光降解的PE、PP、PVC、PET、PA等。

最近，美國和加拿大合作開發(fā)的Ecolyte是丙烯、氯乙烯、苯乙烯和乙烯基酮的共聚物，據(jù)稱不僅可以使PP、PVC、PS等塑料具有光降解性，并且可以通過調(diào)節(jié)乙烯基酮的含量來控制光降解的時(shí)間。

羰基化聚合物的主要缺點(diǎn)是一旦在光的作用下就發(fā)生降解，沒有誘導(dǎo)期，使用時(shí)必須加入適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定劑，以控制光降解過程。

2.添加型光降解塑料

把含有發(fā)光基團(tuán)的光敏化物質(zhì)或光分解劑混入聚合物材料中，如金屬氧化物、鹽、有機(jī)金屬化合物、多核芳香化合物、羰基化合物等，由這些物質(zhì)吸收光能后(主要是紫外線)產(chǎn)生自由基，或者將激發(fā)態(tài)能量傳遞給聚合物材料使其產(chǎn)生自由基，然后促使高分子材料發(fā)生氧化反應(yīng)，達(dá)到劣化的目的。通過添加各種光敏劑或光分解劑來促使聚合物材料加快光降解。光降解添加劑主要有下述幾種：(1)羰基甲基酮類；(2)金屬化合物；(3)含有芳烴環(huán)結(jié)構(gòu)的物質(zhì)；(4)過氧化物；(5)鹵化物；(6)顏料等添加劑。添加型光降解塑料的缺點(diǎn)是：這些低分子物質(zhì)由于擴(kuò)散會(huì)從聚合物表面析出，并有向與聚合物接觸的物質(zhì)遷移的傾向，會(huì)降低分解效果。若添加劑對人體有害，則不適于包裝食品或制造容器。

5 光降解塑料的應(yīng)用

降解塑料是為環(huán)境保護(hù)而發(fā)展起來的新興材料，它主要用于代替不易降解的傳統(tǒng)塑料，消除白色污染源，可廣泛應(yīng)用于大量使用的一次性包裝制品、衛(wèi)生用品、農(nóng)用制品，如購物袋、垃圾袋、餐具、尿布、農(nóng)用地膜等。目前，光降解塑料在技術(shù)上比較成熟。

6 降解塑料存在的問題和發(fā)展方向

近年來，國內(nèi)外可降解塑料得到了很快的發(fā)展。尤其是一次性使用塑料制品，如食品包裝袋、飲料瓶、農(nóng)用薄膜等可降解塑料在市場中已實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。就長遠(yuǎn)來看，可降解塑料的發(fā)展具有其必然的趨勢。但是，目前可降解塑料的開發(fā)和應(yīng)用還存在以下的一些問題：

(1)市場應(yīng)用。由于生產(chǎn)可降解塑料的成本偏高，造成價(jià)格偏高，這樣就給可降解塑料的推廣造成了很大的影響。同時(shí)，一次性紙制品的迅速崛起也給可降解塑料帶來很大的沖擊。

(2)降解技術(shù)尚不成熟。目前，很多光降解塑料都是在塑料中添加光分解劑或者光敏劑，而這些添加劑對塑料的降解效果受地理環(huán)境和氣候的影響很大，這樣就很難做到準(zhǔn)確控制降解時(shí)間。同時(shí)，埋地部分和進(jìn)入垃圾填埋系統(tǒng)部分也很難得到降解。

(3)降解塑料的標(biāo)準(zhǔn)及試驗(yàn)評價(jià)方法。對于降解塑料，世界上尚沒有統(tǒng)一的定義、試驗(yàn)評價(jià)方法、識別標(biāo)志和產(chǎn)品檢測技術(shù)，致使缺乏正確統(tǒng)一的認(rèn)識和確切的評價(jià)，產(chǎn)品市場比較混亂，真假難辯。

為使降解塑料技術(shù)在已取得較大成就的基礎(chǔ)上有更大的發(fā)展，從發(fā)展趨勢看，有以下幾個(gè)方面的問題值得在今后進(jìn)行深入地探討和研究：

(1)積極開發(fā)各種添加劑，如光分解劑、光敏化劑、生物誘發(fā)劑、穩(wěn)定劑等，降低這些添加劑的生產(chǎn)成本，提高可控性；同時(shí)，通過研究不同添加劑的優(yōu)化組合、協(xié)同效應(yīng)提高降解效果。對于光降解塑料而言，其發(fā)展方向應(yīng)該是，在兼顧使用穩(wěn)定性的同時(shí)，盡可能的提高其光降解效率。

(2)通過分子設(shè)計(jì)研究和精細(xì)分子合成技術(shù)，不斷改進(jìn)配方，開發(fā)準(zhǔn)時(shí)可控降解塑料。

(3)利用纖維素、淀粉、甲殼素等天然高分子材料制取生物降解塑料，進(jìn)一步開發(fā)改良天然高分子的功能與技術(shù)。

(4)將塑料工業(yè)與細(xì)菌學(xué)有效的結(jié)合起來，培養(yǎng)能生產(chǎn)高分子塑

料的微生物，發(fā)現(xiàn)新的高分子，或者通過研究培養(yǎng)出可以分解廣泛使用塑料的微生物。尋找并解析其合成機(jī)理，同時(shí)通過現(xiàn)有方法及基因工程的手段提高其生產(chǎn)性，研究高效的培養(yǎng)微生物的方法。同時(shí)十分重視培育可生產(chǎn)聚酯的生物性植物等，以降低生物降解塑料的成本，有利于市場推廣。

(5)可降解塑料改性也是一個(gè)重要方面。通過淀粉或纖維素等可降解的高聚物對通用型聚合物進(jìn)行共混改性或接枝改性，可制備一種光／生物共降解塑料薄膜。

(6)為有利于一次性塑料廢棄物的處理，同時(shí)保證豐富的原料來源，以天然高分子、微生物合成高分子和具生物降解性的合成高分子為原料的完全生物降解塑料愈來愈受到重視，但為了克服其價(jià)格昂貴、用途受限的缺點(diǎn)，加速研制生物降解塑料或普通塑料與淀粉、纖維素或無機(jī)材料填充共混或合金化技術(shù)，以及完全生物降解塑料與天然材料涂覆層合技術(shù)更成為熱點(diǎn)中的熱點(diǎn)。

(7)光／生物降解塑料具有光降解和生物降解雙重特性，克服了無光或光照不足的不易降解、降解不徹底以及降解時(shí)間長等缺陷，同時(shí)還克服了生物降解塑料加工復(fù)雜、成本太高不易推廣的弊端。

(8)為加速降解塑料的發(fā)展，規(guī)范降解塑料的產(chǎn)品市場，各國正致力于加速研究和建立統(tǒng)一的降解塑料的標(biāo)準(zhǔn)及試驗(yàn)評價(jià)方法。

降解塑料的發(fā)展不僅對于環(huán)保具有重大的意義，同時(shí)對于日益枯竭的石油資源也是一個(gè)補(bǔ)充。通過各種天然的可再生資源的利用，降解塑料不僅擴(kuò)大了塑料的功能，同時(shí)也符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。

  使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環(huán)保網(wǎng)”