可降解生物質(zhì)塑料

試驗(yàn)表明，大多數(shù)可降解塑料在一般環(huán)境中暴露3個(gè)月后開始變薄、失重、強(qiáng)度下降，逐漸裂成碎片。如果這些碎片被埋在垃圾或土壤里，則降解效果不明顯。

可降解的塑料一般分為四大類:

在塑料中摻入光敏劑，在日照下使塑料逐漸分解。它屬于較早的一代降解塑料，其缺點(diǎn)是降解時(shí)間因日照和氣候變化難以預(yù)測(cè)，因而無法控制降解時(shí)間。

在微生物的作用下，可完全分解為低分子化合物的塑料。其特點(diǎn)是貯存運(yùn)輸方便，只要保持干燥，不需避光，應(yīng)用范圍廣，不但可以用于農(nóng)用地膜、包裝袋，而且廣泛用于醫(yī)藥領(lǐng)域。隨著現(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)展，生物降解塑料越來越受到重視，已經(jīng)成為研究開發(fā)的新一代熱點(diǎn)。

PHA降解塑料是生物降解塑料中性能最為優(yōu)良的，同時(shí)由于其成本較高，生產(chǎn)工藝較為復(fù)雜，還處于市場(chǎng)起步階段。2010年全球的PHA的產(chǎn)能還不到8萬噸，而其中美國(guó)的Metabolix公司有大約5萬噸的產(chǎn)能，占據(jù)了市場(chǎng)上的60%以上。中國(guó)企業(yè)在PHA的生產(chǎn)工藝和研發(fā)上同樣走得較為靠前，天津國(guó)韻生物材料有限公司擁有1萬噸的PHA產(chǎn)能，寧波天安擁有2000噸的產(chǎn)能，深圳意可曼生物科技有限公司有5000噸的產(chǎn)能。日本的Kaneka公司，巴西的PHBIndustrial公司也是PHA行業(yè)的典型代表，這些公司都是PHA行業(yè)的推動(dòng)者，雖然說PHA的應(yīng)用較為局限，導(dǎo)致Metabolix每年的實(shí)際銷售量還不超過100噸，但是隨著未來下游應(yīng)用的逐漸拓展，尤其是在薄膜包裝，農(nóng)膜，食用餐具，無紡布等行業(yè)應(yīng)用的進(jìn)一步成熟，PHA的市場(chǎng)潛力巨大。

光降解和微生物相結(jié)合的一類塑料，它同時(shí)具有光和微生物降解塑料的特點(diǎn)。

在塑料中添加吸水性物質(zhì)，用完后棄于水中即能溶解掉，主要用于醫(yī)藥衛(wèi)生用具方面(如醫(yī)用手套)，便于銷毀和消毒處理。

淀粉基塑料

到目前為止，淀粉基降解塑料主要有填充型、光/生物雙降解型、共混型和全淀粉塑料四大類。

1、填充型淀粉塑料，1973年，Griffin首次獲得淀粉表面改性填充塑料的專利。到80年代，一些國(guó)家以Griffin的專利為背景，開發(fā)出淀粉填充型生物降解塑料。填充型淀粉塑料又稱生物破壞性塑料，其制造工藝是在通用塑料中加入一定量的淀粉和其他少量添加劑，然后加工成型，淀粉含量不超過30%。填充型淀粉塑料技術(shù)成熟，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，且對(duì)現(xiàn)有加工設(shè)備稍加改進(jìn)即可生產(chǎn)，因此目前國(guó)內(nèi)可降解淀粉塑料產(chǎn)品大多為此類型。

天然淀粉分子中含有大量羥基使其分子內(nèi)和分子間形成極強(qiáng)的氫鍵，分子極性較大，而合成樹脂的極性較小，為疏水性物質(zhì)。因此必須對(duì)天然淀粉進(jìn)行表面處理，以提高疏水性和其與高聚物的相容性。主要采用物理改性和化學(xué)改性兩種方法。

2、光/生物雙降解型生物降解塑料在干旱或缺乏土壤等一些特殊區(qū)域難以降解，而光降解塑料被掩埋在土中時(shí)也不能形成降解，為此，美、日等國(guó)率先開發(fā)了一類既具光降解，又具生物降解性的光/生物雙降解塑料。光/生物降解塑料由光敏劑、淀粉、合成樹脂及少量助劑(增溶劑、增塑劑、交聯(lián)劑、偶聯(lián)劑等)制成，其中光敏劑是過渡金屬的有機(jī)化合物或鹽。其降解機(jī)理是淀粉被生物降解，使 高聚物母體變疏松，增大比表面積，同時(shí)，日光、熱、氧等引發(fā)光敏劑，導(dǎo)致高聚物斷鏈，分子量下降。

3、共混型淀粉共混塑料是淀粉與合成樹脂或其他天然高分子共混而成的淀粉塑料，主要成分為淀粉(30%~60%)，少量的PE的合成樹脂，乙烯/丙烯酸(EAA)共聚物，乙烯/乙烯醇(EVOH)共聚物，聚乙烯醇(PVA)，纖維素，木質(zhì)素等，其特點(diǎn)是淀粉含量高，部分產(chǎn)品可完全降解。

日本開發(fā)了改性淀粉/EVOH共聚物與LDPE共混、二甲基硅氧烷環(huán)氧改性處理淀粉，然后與LDPE共混。意大利Novamont公司的Mster-Bi塑料和美國(guó)Warner-lambert公司的NoVon系列產(chǎn)品也屬于此類產(chǎn)品。Mster-Bi塑料是連續(xù)的EVOH相和淀粉相的物理交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)形成的高分子合金。由于兩種成分都含有大量的羥基，產(chǎn)品具有親水性，吸水后力學(xué)性能會(huì)降低，但不溶于水。

4、全淀粉型將淀粉分子變構(gòu)而無序化，形成具有熱塑性的淀粉樹脂，再加入極少量的增塑劑等助劑，就是所謂的全淀粉塑料。其中淀粉含量在90%以上，而加入的少量其他物質(zhì)也是無毒且可以完全降解的，所以全淀粉是真正的完全降解塑料。幾乎所有的塑料加工方法均可應(yīng)用于加工全淀粉塑料，但傳統(tǒng)塑料加工要求幾乎無水，而全淀粉塑料的加工需要一定的水份來起增塑作用，加工時(shí)含水量以8%~15%為宜，且溫度不能過高以避免燒焦。日本住友商事公司、美國(guó)Wanlerlambert公司和意大利的Ferruzzi公司等宣稱研制成功淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)在90%~100%的全淀粉塑料，產(chǎn)品能在1年內(nèi)完全生物降解而不留任何痕跡，無污染，可用于制造各種容器、薄膜和垃圾袋等。德國(guó)Battelle研究所用直鏈含量很高的改良青豌豆淀粉研制出可降解塑料，可用傳統(tǒng)方法加工成型，作為PVC的替代品，在潮濕的自然環(huán)境中可完全降解。

氧化降解

這是一項(xiàng)在國(guó)內(nèi)還未被大多數(shù)人了解到的技術(shù)，在傳統(tǒng)的塑料生產(chǎn)原料中加入添加劑，與一般的色母添加方法相同。在塑料制品被遺棄后，添加劑中兩種物質(zhì)起作用:一是預(yù)氧化劑(主要是一些無毒金屬離子)，二是生物降解促進(jìn)物質(zhì)(主要是一些天然植物纖維素)。預(yù)氧化劑控制塑料在未被遺棄時(shí)保持應(yīng)有的壽命及功能，在遺棄后通過過氧化反應(yīng)降低分子量，使得聚合物變脆，易于微生物分解。生物降解促進(jìn)物質(zhì)主要是促進(jìn)微生物滋生。此項(xiàng)技術(shù)相對(duì)淀粉基塑料技術(shù)而言，簡(jiǎn)單易行，成本降低，一般設(shè)備就可以生產(chǎn)，據(jù)相關(guān)驗(yàn)證稱，塑料的性能也得到了很好的維持。節(jié)約了糧食。英國(guó)WELLS公司即采用此法。

常見塑料的簡(jiǎn)易鑒別法 在采用各種塑料再生方法對(duì)廢舊塑料進(jìn)行再利用前，大多需要將塑料分揀。由于塑料消費(fèi)渠道多而復(fù)雜，有些消費(fèi)后的塑料又難于通過外觀簡(jiǎn)單將其區(qū)分，因此，最好能在塑料制品上標(biāo)明材料品種。中國(guó)參照美國(guó)塑料協(xié)會(huì)(SPE)提出并實(shí)施的材料品種標(biāo)記制定了GB/T16288-1996"塑料包裝制品回收標(biāo)志"， 雖可利用上述標(biāo)記的方法以方便分揀，但由于中國(guó)尚有許多無標(biāo)記的塑料制品，給分揀帶來困難，為將不同品種的塑料分別，以便分類回收，首先要掌握鑒別不同塑料的知識(shí)。

外觀鑒別

通過觀察塑料的外觀，可初步鑒別出塑料制品所屬大類:熱塑性塑料，熱固性塑料或彈性體。一般熱塑性塑料有結(jié)晶和無定形兩類。結(jié)晶性塑料外觀呈半透明，乳濁狀或不透明，只有在薄膜狀態(tài)呈透明狀，硬度從柔軟到角質(zhì)。無定形一般為無色，在不加添加劑時(shí)為全透明，硬度從硬于角質(zhì)橡膠狀(此時(shí)常加有增塑劑等添加劑)。熱固性塑料通常含有填料且不透明，如不含填料時(shí)為透明。彈性體具橡膠狀手感，有一定的拉伸率。

加熱鑒別

上述三類塑料的加熱特征也是各不相同的，通過加熱的方法可以鑒別。熱塑性塑料加熱時(shí)軟化，易熔融，且熔融時(shí)變得透明，常能從熔體拉出絲來，通常易于熱合。熱固性塑料加熱至材料化學(xué)分解前，保持其原有硬度不軟化，尺寸較穩(wěn)定，至分解溫度炭化。彈性體加熱時(shí)，直到化學(xué)分解溫度前，不發(fā)生流動(dòng)，至分解溫度材料分解炭化。

常用熱塑性塑料的軟化或熔融溫度范圍見表

塑料品種

軟化或熔融范圍/c

聚醋酸乙烯

35~85

聚氧化甲烯

165~185

聚苯乙烯

70~115

聚丙烯

160~170

聚氯乙烯

75~90

尼龍12

170~180

聚乙烯

110

尼龍11

180~190

聚三氟氯乙烯

200~220

尼龍610

210~220

聚-1-丁烯

125~135

尼龍6

215~225

聚偏二氯乙烯

115~140(軟化)

聚碳酸酯

220~230

有機(jī)玻璃

126~160

聚-4-甲基戊烯-1240醋酸纖維素

125~175

尼龍66

250~260

聚丙烯腈

130~150(軟化)

聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯

250~260

分解塑膠能于陽光下分解。亦有于塑料中加入淀粉使其更易于生物分解，但分解仍不完全。甚有人利用基因改造細(xì)菌產(chǎn)生完全可生物分解的塑料，但成本還是高昂。德國(guó)巴斯夫公司(BASF)研究出一種稱為Ecoflex的可生物分解塑料，用于食品包裝。以上的可分解塑料由于成本問題，因此鮮有使用。而這種塑料必需曝露于空氣的情況下才能分解，因此若被掩埋，仍然會(huì)導(dǎo)致固體廢物的問題。