咱俩希图好了吗,白灰污染

美国企业今年为配合“地球日”纪念活动而推出的广告中,有几个画面引人注目:一个“阳光薯片”的空包装袋在土壤中慢慢融化,一支“比百美”牌原子笔在地下自行分解……

可降解塑料真的是“白色污染”克星吗

中国德富塑料网讯:塑料工业是随石油化工的发展而快速发展起来的,以取材容易、价格低廉、加工方便轻质耐用等优点,广泛应用于社会的各个领域,给人们生活带来了极大的方便。但同时,由于大量的废弃塑料制品难于分解,构成了日益严重的“白色污染”,阻碍了社会的进步和经济的可持续发展,随着人类对环境保护的日益重视,处理高分子材料废弃物这一热点课题在全球得到普遍关注。

薯片包装袋的材料用了聚乳酸,原子笔的外壳用了聚羟基脂肪酸酯,这是目前最时尚的两种“生物塑料”。以农作物为原料制成的可降解生物塑料取代普通塑料,这似乎已是大势所趋。但真要实现广告中展示的那种“神奇”效果,还有不少难关要攻克。

如果达不到降解条件,“可降解塑料”和普通塑料基本无差别,也会变成塑料垃圾,成为微塑料,污染海洋和水体。

所以,制备环境友好的可生物降解塑料来代替传统塑料,研究和开发可降解塑料成为治理污染的有效实施方法,可降解塑料也由此成为国内外的热门研究方向。

日益流行

近日,一则关于“海南省将全面禁塑”的报道,成了舆论热点。

目前可降解塑料主要包括生物降解塑料、光降解塑料、光和生物降解塑料、水降解塑料四大类,其中以生物降解塑料的研究最为深入,应用最为广泛。

生物塑料其实并非新生事物,早在上世纪初即已存在。福特汽车公司创始人亨利·福特曾用玉米和大豆油为原料生产T型车零部件。现在,生物塑料已越来越频繁地出现在我们的日常生活中。

海南省全面禁塑的相关方案指出,自今年起将分种类逐步推进全面禁塑,到2020年底前,全面禁止生产、销售和使用一次性不可降解塑料袋、塑料餐具。2025年底前,全省全面禁止生产、销售和使用列入《海南省禁止生产销售使用一次性不可降解塑料制品名录》的塑料制品。

生物降解塑料是一类由自然界存在的微生物如细菌、霉菌和藻类的作用而引起降解的塑料。理想的生物降解塑料是一种具有优良的使用性能、废弃后可被环境中的微生物完全分解、最终被无机化成为自然界中碳素循环的一个组成部分的高分子材料。

可用垃圾堆肥方式进行生物降解的PLA树脂在消费类产品中的应用日趋广泛。美国Natureworks公司研发的PLA材料除了用在“阳光薯片”包装袋外,还用于制造美国政府机构办公场所的咖啡厅所用水瓶和可口可乐公司的汽水杯。其他公司则尝试从柳枝稷、土豆和海藻里提炼原料制造PLA。

在全面限制塑料制品之后,很多人不免关心:一次性不可降解塑料袋全面被禁后,该用什么替代?有人提出,用“可降解塑料”代替。这是否是一个不错的解决方案呢?

除可自然降解外,生物降解塑料还具有原料可再生、对肌体适应性强等优点,使其可以广泛应用于包括环保、食品容器和包装、农林业、医学、纺织、电子、汽车等领域。

作为石化产品的替代品,厂家因使用生物塑料而产生的利润往往随石油价格而波动,油价越是上涨,则使用生物塑料越划算。

可降解塑料降解需满足温度和湿度条件

▲生物质来源的可降解塑料

目前最有发展前途的两种生物塑料——PLA和PHA,均由发酵过的玉米淀粉制成。前者色泽透明,但利用它做原材料,成本比使用普通塑料高出约20%;PHA更易于生物降解,但价格却是普通塑料的两倍有余。

根据材料的不同和特性的各异,我们可以简单地将常见的塑料分为以下四大类型。通常而言,右边的象限即是我们提到的可降解塑料,根据材料不同,分别划分为生物基生物可降解塑料〔如聚乳酸等〕和石油基生物可降解塑料〔如聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯等〕。我们所说的“可降解塑料”,目前主要是位于图①右上角的“生物基生物可降解塑料”的统称。

由于生物可降解塑料在高端市场方面的应用主要包括医疗用品、药物缓释材料、3D打印用材料等。而PLA、PCL、PHAs等生物可降解塑料具有良好的生物相容性,在合成时可以通过分子设计实现性能的可调控性,因而在高端市场具有发展潜力。

PHA比PLA更为昂贵,但它的好处是能耐高温,它也是唯一可在土壤或下水道中用堆肥方式实现降解的生物塑料。美国Metabolix公司开发的MirelPHA树脂被用于生产“比百美”牌原子笔和“塔吉特”牌贺卡。

在这一大类“可降解塑料”中,最常见的算是聚乳酸。PLA由淀粉发酵产生的乳酸聚合而成,因为原材料来源于植物,加上“可迅速降解”的宣传,因此容易被误认为是一种优良的环保材料。另外,相较于其他可降解材料,PLA的生产技术成熟,成本也较低,在一些行业和地方也被推为一次性塑料的替代材料。

▲生物可降解3D 打印耗材

尽管成本较高,但使用生物塑料的好处也显而易见:经过适当处理,它们不会像普通塑料一样成为永久性垃圾。

但是,PLA的生物可降解性不是无条件的,更不是完全没有环境危害的。PLA生物降解需要满足最基本的两个条件:50%-60%的湿度和50-70摄氏度的温度。在此条件下,微生物才有可能经历数月甚至更长的时间逐步将PLA分解。从另一个角度来看待这个问题,即在不满足温湿度条件的环境下,PLA不能被降解。

聚乳酸

“适当处理”

联合国环境规划署在2015年发表的一份名为《可生物降解塑料和海洋垃圾:对海洋环境的误解、关注和影响》的报告里,就提到了可降解塑料对环境的危害问题,其中包括PLA。报告对塑料生物可降解性的前提条件进行了比较清晰的介绍,即需要工业堆肥设施和特定温度。

聚乳酸是以乳酸为主要原料聚合得到的聚合物,是一种已经商品化的生物基可降解塑料。主要原料乳酸是从玉米淀粉中制得,也可以用甜菜或谷物等经过发酵制成来降低成本,生产聚乳酸的原料丰富且可再生,生产无污染,产品可以被生物降解。

“适当处理”说起来容易,其实是一个相当复杂的过程。“阳光薯片”包装袋需要经过堆肥处理;“比百美”原子笔的外壳埋到地下虽然可以自行降解,但内芯要丢进垃圾桶,如果不分开处理,外壳也不会发生降解。

简单来说,可降解塑料袋要完全降解最后变成二氧化碳和水,需要在50摄氏度高温下。然而,自然环境难以达到降解必要的温度,如果PLA塑料袋被随意丢弃,在自然界中并不能真正被降解掉。

聚乳酸具有良好的生物可溶性,生物可吸收性和好的抗溶剂性,可用多种方式进行加工,如吹膜、挤压成型等。

即使是一把可生物降解的餐叉,如果被埋在一个密封的垃圾山里,它也很可能像普通塑料餐叉那样毫发无损;如果湿气渗入垃圾山,生物塑料还可能发生厌氧性降解,释放出甲烷——一种常见的“温室气体”。

可降解塑料并不比传统塑料更环保

聚乳酸还具有很好的阻燃性,抑菌性,并且在可降解热塑性高分子中,PLA有着最好的抗热性,所以无须特殊的设备和操作工艺,应用常规的加工工艺即可进行熔融纺丝。

“当你丢弃生物降解塑料时,它有可能演变成一个环境污染问题。”来自达特茅斯的工程师教授蒂尔曼·根格罗斯说,他曾为Metabolix公司工作,但现在却不断呼吁反对使用PHA。

一些研究成果表明,在淡水或是海水中,PLA的降解速度与普通塑料降解速度几乎没有区别。即使在较热的地中海地区,PLA在自然土壤中依然不能很好地降解。

PHAs

但无论如何,相比普通塑料,生物塑料的环保意义显而易见:生物塑料的生产过程不会产生那么多温室气体,也不含某些普通塑料中所含的双酚A——这种成分据说会破坏荷尔蒙分泌。

在一份名为《所谓可生物降解聚合物在海水和淡水中的命运》的报告中,研究人员做了一个实验。他们把可生物降解的不同塑料(材质分别为PCL,PLA,Ecoflex和PET等)热压成平均厚度为320±20μm的薄膜,把它们分别放在25°C的人造海水和淡水中持续一年。实验中的水每两周更新一次。图②即是实验结果图。

PHAs类生物可降解塑料是通过细菌发酵生产而成,可以作为分子内碳源和能源储备,并成为颗粒体聚集在细胞质内。发酵物主要是葡萄糖一类的碳水化合物。不同的发酵条件可以生产不同类型的PHAs。

“抛弃型、一次性的生物降解塑料似乎是对社会最有益的选择,”Metabolix公司创始人之一兼科技总监奥利佛·皮普尔斯说,“一把普通塑料餐叉数百年都不会消失。”

可以看出,无论是在海水还是淡水当中,PLA塑料薄膜即便在实验的300天,质量几乎没有损耗。

由于PHAs昂贵的价格和良好的生物相容性,PHAs
更多地被用于医疗领域。例如医用缝线、修复装置、维修补丁、绷带、心血管补丁、引导组织修复、关节软骨修复支架、神经导管、肌腱修复装置、人造食道及伤口敷料等。

只是,我们现在生活的环境是否已准备好迎接生物塑料的大面积推广?

那么,塑料行业内部是怎么看待可降解塑料的呢?欧洲塑料协会曾经在官网公开回复过网友提问的相关问题,就此表达了态度。他们称,评价任何物体对环境的影响,应该使用全方位的可循环评价机制和成本评价机制。据此,我们不能认为,生物可降解塑料比传统的不可降解塑料更环保。

聚己内酯

回收困境

总而言之,如果达不到降解条件,“可降解塑料”和普通塑料基本无差别,也会变成塑料垃圾,成为微塑料,污染海洋和水体。

聚己内酯是一种脂肪族直链聚酯,与PLA不同,它是一种商品化的生物基可降解塑料,质地非常柔软,具有较大的延展性,而且具有优良的生物相容性、记忆性、生物可降解性,广泛应用于各个领域,尤其是在医疗方面。

相对普通塑料而言,目前生物塑料的市场还很小。在它普及之前,热衷使用环保产品的消费者可能会遭遇无处丢弃生物塑料垃圾的尴尬。

“可降解塑料”会带来什么问题

聚己内酯柔软,便于加工,性能优良,在医疗领域常用于组织工程支架材料,可以被人体吸收排泄。

PLA本身很容易回收利用,但不能与普通垃圾混合回收。目前普遍的垃圾回收系统无法自动辨识PLA制品,那些生产PLA透明瓶罐的小企业也还未学会用红外线等技术在产品上做标识,以区别于普通的塑料瓶罐。而一些进行堆肥处理的垃圾处理中心,对于塑料垃圾,不管是普通塑料还是生物塑料,一概作丢弃掩埋处理。

抛开材料本身的问题,目前中国还没有普遍的工业化堆肥产业,垃圾分类回收体系也没有良好运转。推动“可降解塑料”的使用,将可能带来新的“白色污染”。而“可降解塑料”的宣传,会容易让公众认为这是一种“可以不用处理就能自己消失”的材料而造成误导。

根据美国咨询公司弗若斯特沙利文发布研究报告预测,未来几年,生物降解塑料的市场需求快速增长,预计到2020年全球生物降解塑料需求总量将达到322万吨左右,年均需求增长速度超过16%。

“我指示垃圾分类人员把塑料制品挑出来,但他们分不清生物塑料和普通塑料有什么区别,”美国加利福尼亚州索诺马堆肥公司的土壤科学家威尔·巴克斯说。

回到最根本的问题,目前中国和世界面临的塑料污染,是过度消费和不负责任消费行为的代价。即使“可降解塑料”可以通过回收进入工业化堆肥来解决降解的问题,对“可降解塑料”的消耗也终究是对环境资源的消费。站在这一角度来看待,我们需要考虑的是如何降低过度消费这一源头问题。

随着白色污染问题和非可再生能源危机的日趋严重,开发和使用生物可降解塑料成为缓解这一问题的有效途径之一。

他建议,制造商可以统一采用一种颜色来标识生物塑料制品,这样可以解决很多生物塑料垃圾处理问题。

但我们也不能否认,未来,可降解塑料或许是一个发展趋势。海南省生态环境厅厅长邓小刚表示,“现在关于全生物降解产品还没有全国标准,其他省份也没有相关标准,所以海南要创新,要做第一个真正意义上的全生物降解的地方标准。”这仍有其意义。

▲全球生物降解塑料市场需求量预测

“自然艾奥瓦”公司生产的PLA水瓶仅在酒店和咖啡厅之类场所有售,譬如美国国会和农业部内所设的咖啡厅,这家公司在顾客使用完后还负责回收生物塑料垃圾。公司CEO比尔·霍纳说:“我们希望那些瓶子用过之后还能回到我们手里,确知它接下来的去向。”

接下来,希望海南的这一举措能倒逼可降解塑料技术方面的发展和完善,为未来可降解塑料的推广破除技术、标准、生产、处理流程等方面的掣肘,让其能在治理“白色污染”上成为真正实用而又完美的解决之道。

随着人们环保意识的增强,国家可持续政策的实行,可降解塑料的开发与利用刻不容缓,由于可降解塑料应用日益广泛,在医疗、生产、制造业上都有较大的利用价值,因此大力发展可降解、环境友好型塑料产业,是有效解决“白色污染”保护环境的有效方法。

改变方式

2009-2013年,中国生物降解塑料产能年复合增长率超过21%,在国家政策利好以及应用范围不断拓展等刺激下,可降解塑料市场持续走强。

想普及生物塑料的应用,首先要改变人们的生活方式,而要让人类改掉依赖石油的习惯并不容易。

▲中国可降解塑料产量

老百姓对环保的考虑往往让位于对生活便利的考虑。“太阳薯片”采用PLA材料包装后,顾客抱怨最多的不是没有合适的垃圾桶扔袋子,而是新包装袋声音太响这一小小瑕疵。

在石油资源日益匮乏的今天,如何有效利用现有资源、节约有限资源和开拓新兴可替代石油类原料,是保证我国经济可持续发展的重要问题,也是未来塑料产业的发展方向。

“我夜里起来想偷偷吃点‘阳光薯片’,结果把我老婆吵醒了,”来自佛罗里达州纽波特里奇的鲍勃·奥康奈尔说,“这包装袋就是这么吵。”

目前全球宣布投资建设完全生物降解塑料的企业很多,但是真正能够大批量供货的企业很少。主要的厂商有BASF,已有14万吨产能,应用于膜级产品;北美的Natureworks,具备14万吨PLA产能,同时在泰国新建15万吨产能预计2015年投产;与公司产品形成直接竞争的只有BASF,但是由于行业仍处于垄断供应,全球市场供不应求,因此暂时仍不存在竞争压力。

很多企业用户也在观望。美国加菲尔德海茨的包装企业阿巴科塑料公司注意到,越来越多原料产商向其推荐生物塑料产品。但公司副总裁乔纳森·李说,他们还没准备好采用生物塑料制作包装材料,因为那不仅需要引进新的生产设备,而且现有的生物塑料材质过软,又不适合制造透明塑料袋。

全球生物降解塑料主要生产商及其产品应用方向▼

不过即使如此,李相信随着技术提高,生物塑料会越来越受欢迎,尤其是现在全球零售业巨头沃尔玛开始对注重环保的供货商采取优惠政策,制造商会因此受到鼓励。

截止2016年,我国生物可降解塑料产能达71万吨,产量达52万吨。目前我国主要的生物降解塑料生产企业有金发科技、华丽环保、海正药业、彩虹精化、鑫富药业、大东南等。

“如今每个人都在尽可能地追求环保,”李说。

从产品结构上来看,除淀粉塑料外,PBS是国内生物可降解塑料规模最大的产品。

相关链接:调研指出生物塑料市场前景可观

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国际市场调研机构弗罗斯特-沙利文公司一份最新调查报告《全球生物塑料市场》指出,2008年全球生物塑料市场创造了5.7亿欧元的收入,预计在2015年将达到11亿欧元。

这份报告指出,生物塑料开发领域目前已进入一个关键转折期,很多从事生物塑料研发的企业从初期的小规模试验性研发项目转向大规模商业生产。

报告说,未来的发展方向将着重于生物塑料的可持续性和生产技术的提高。报告预测,基于生物技术的热塑性塑料将越来越多地应用于包装业、汽车制造业和消费类产品。

这份报告也指出,虽然生物塑料市场前景可观,但短期内仍将继续受到经济低迷的影响,因为人们创业与扩大生产的积极性受挫。从长期来说,生物塑料市场面临的挑战是经济机构的调整、改善回收利用设施以及提高生物塑料制品本身的技术含量等。弗罗斯特-沙利文公司建议,生物塑料制造商应寻求与传统化工企业的合作,以获得技术和市场开发的便利条件。

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