誰來拯救這個正在被[塑料]毀滅的星球?

這是一組與我們毫不相干,但卻息息相關的圖;是我們一手造成,卻又避之不及的事實。


塑料,已經不再是一種離我們遙遠的材料名詞,而是“融入”現代生活的一種必需元素。包裝袋、手機、汽車、建筑、道路……,你可能想過,每年有將近6億噸塑料被我們使用、消耗,超過2億噸塑料未經無害化處理就被遺棄在自然界,而剩下的大部分沒有被資源再利用,等待的是在漫長時間河流中不可降解的身影。





塑料——本就不該誕生的可怕物質?


120 多年前,英國人亞歷山大·帕克斯將氯仿和蓖麻油混合反應時,他并沒有想過,這個黑漆漆但又質量輕的物質,開辟了一個時代。而紐約人約翰·韋斯力·海厄特在試圖制造“人造象牙”時,用樟腦合成了賽璐璐,從此便開始了塑料一發不可收拾的全領域應用。


百余年來,塑料以其輕質、透光度、可塑等特性,推動了這個時代的發展。論功行賞,塑料排第二,鮮有人敢排第一。但究竟是什么讓它開始不斷背上破壞環境的罵名呢?


這得從塑料整個家族說起。傳統塑料的發展史,其實是一部和石油化工并行的歷史。伴隨著以石油化工材料為原料合成塑料的,還有以天然橡膠等為原料制成的生物基塑料。以聚苯乙烯、聚乙烯等塑料為代表,它們廉價、耐用,因此走進了千家萬戶。中國農牧產業浩浩蕩蕩,塑料更是創造了“地膜”、“大棚”等高產奇跡。起初,人們沉浸在豐收的喜悅里。后來,土地干旱、大風四起,這些無法被自然降解消失的塑料薄膜隨風起舞,“白色污染”從此席卷全國。


但其實,并不是所有的塑料都是不可降解的——

1912 年,瑞士人布蘭德伯格發明了由棉漿、木漿等天然纖維制成的薄膜;

1926 年,法國人莫里斯·勒莫尼發現巨大芽孢桿菌(Bacillusmegaterium)天然可合成聚羥基丁酸脂(PHB);

1930 年,美國人亨利·福特利用大豆制成塑料,并用于汽車工業;

1947年,法國阿科瑪公司發明了聚酰胺(俗稱尼龍);

……


相較于幾百年都無法完全降解的傳統塑料,這些被發明出來的新型塑料在自然環境的作用下,可以將降解周期縮短至6-12個月以內,且基本不會產生有害物質。



圖1  生物和傳統塑料的區分
(圖源:網絡)

塑料的降解通常是在微生物的作用下被分解為其它物質,這過程也被稱為生物降解??缮锝到馑芰系某霈F無疑減少了“白色污染”,降低了對環境的破壞,但可生物降解塑料卻有一個致命的產業缺點:成本太高。





認識“可生物降解塑料”



認識可生物降解塑料前,首先要了解什么是生物塑料。生物塑料[1]是一個非常廣泛的概念,其大致可分為生物基塑料、可生物降解塑料、可堆肥塑料三類:

(?。?/span>生物基塑料是指塑料的部分或者全部從植物中提煉,如淀粉、纖維素制成的塑料等;
(ⅱ)可生物降解塑料是指不論來源是天然物質還是化學產品,能夠在短時間內(通常是幾周到幾個月)被生物降解的物質;
(ⅲ)堆肥塑料是指在堆肥場能夠進行生物分解且不產生有毒物質的塑料。

雖然存在著不同的分類,但許多生物塑料并不能完全被定義為哪一類,比如聚乳酸(PLA)是一種生物基的可生物降解塑料;聚對苯二甲酸-己二酸丁二酯(PBAT)雖然是石化基塑料,但其也可生物降解。因此,對塑料的定義并不一定能細分到哪一種類,但必須要知曉生物塑料的核心是可生物降解,它是解決傳統塑料難降解、易污染等問題的新型環保塑料。


一、聚乳酸(PLA)

圖2  一種以秸稈為原料的PLA顆粒

(圖源:網絡)


PLA由乳酸單體聚合而成,是一種生物基的可生物降解塑料,原料可從玉米、木薯、秸稈等可再生生物體內提取,是可再生的資源。PLA降解時也不會產生有害物質,減少了環境污染。PLA在包裝材料、生物醫學、紡織行業、農用地膜等行業具有廣闊的應用前景。

二、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)

圖3  一種PBS顆粒

(圖源:網絡)


PBS通常是由丁二酸和丁二醇經縮聚而成,屬于脂肪族聚酯類(石化基)生物降解塑料,也有研究人員發掘出了生物基PBS,但還未成為主流。PBS是非水溶性塑料,其制品的物理力學性能和可加工性能都很優良,可進行擠出、注塑和吹塑,在包覆膜,包裝薄膜和包裝袋等方面有很多應用。

三、聚對苯二甲酸-己二酸丁二酯(PBAT)


圖4  一種PBAT顆粒

(圖源:網絡)


PBAT由己二酸丁二醇酯和對苯二甲酸丁二醇酯的共聚而成,是一種石化基的可生物降解塑料,也是可堆肥的一種綠色塑料,具有較好的延展性、斷裂伸長率、耐熱性、沖擊性能等特性,是生物降解塑料研究中非?;钴S和市場應用最好降解材料之一。

四、聚己內酯(PCL)


圖5  一種PCL顆粒

(圖源:網絡)


PCL是通過ε-己內酯單體聚合而成的,是一種石化基的可生物降解塑料。PCL具有易加工、生物相容性、形狀溫控記憶性等特點,被廣泛應用于藥物載體、增塑劑、納米纖維紡絲、塑形材料的生產與加工等領域。


五、聚羥基烷酸酯(PHA)

圖6  一種PHA顆粒

(圖源:網絡)


PHA是由微生物通過各種碳源發酵合成,具有不同結構的脂肪族共聚聚酯,是一種生物基的可生物降解塑料。可用于醫療、藥物、化妝品等高附加值領域,也在環保包裝材料、衣料服裝、電子通信、化學介質等領域有廣泛的應用前景。

相較于其他塑料,可生物降解塑料在工藝成本上確實有所提升,但這并不會增加終端消費者的使用成本,也是未來消費升級的必然趨勢。




向“不可降解塑料”say NO!



意大利是歐洲第一個全面禁塑的國家,早在2011年就已經全國施行傳統塑料禁令。在禁令實施后,意大利的各大商店只能向顧客提供可生物降解塑料袋或可循環利用的布袋、紙袋。也正因如此,意大利擁有世界領先的生物降解塑料企業,其中Novarnont公司[2]是世界上最早進行生物降解塑料產業化的企業。Novarnont公司的拳頭產品Mater-Bi是由變性淀粉與改性聚乙烯醇共混構成的,極易降解,是一種生物基的可生物降解塑料,原料可從玉米、小麥、馬鈴薯等可再生生物體內提取,在包裝、塑形、紡織等領域中具有廣闊的應用前景。

美國也是較早推行禁塑令的國家,但它的禁塑政策并沒有全國性的,而是以各州自主規定為主,先后已有加州、緬因州、紐約州、新澤西州等已經頒布或計劃頒布禁塑令。除了禁塑令以外,美國也在發展可降解塑料產業,雖稍晚于歐洲,但重點方向與歐洲有所區別,是以PLA塑料為主[3]。美國NatureWorks公司是世界領先的PLA供應商,其以可再生的植物資源為原料,制造了可降解的PLA塑料,產品成本及功能皆可媲美石化產品的傳統塑料。

除了新型可降解塑料外,還有部分不發達國家選擇以紙質產品替代傳統塑料,如盧旺達[3]發布禁塑令后,就以紙袋填補了禁用傳統塑料袋造成的空缺。

伴隨著全球禁塑的熱潮,還有許多的國家也紛紛出臺禁塑政策,如法國、西班牙均于2014年起全面禁售傳統塑料購物袋;2018年,印度、蒙古、智利、新西蘭、奧地利等地也紛紛出臺了當地的禁塑令。

我國早在2008年就已經施行限塑令,規定在全國范圍內實行塑料袋有償使用制度,限制傳統塑料的使用。不可否認,限塑令對我國傳統塑料消耗起到了一定的限制作用,白色垃圾治理取得一定成效。但由于我國是發展中國家,需要發展經濟增強國力,再加上人口眾多使得限塑令的監管措施和配套措施不到位,導致了限塑令的執行情況并不樂觀。

而后直至2015年,吉林省規定全省范圍內禁止生產、銷售不可降解塑料購物袋、塑料餐具等,是全國范圍內首個施行“禁塑令”的省份。今年6月,國家發改委下發《關于開展塑料污染治理推進情況調研的函》,要求浙江、山東、河南、海南、重慶、青海發改委及行業協會針對塑料、化妝品制品生產企業,商場、超市、藥店、書店等零售企業,集貿市場,餐飲行業及禁塑替代產品生產企業開展塑料污染調研。
 

從國家及各省份出臺的政策、戰略可以看出,我國對化學塑料的危害越發重視起來了,在限制化學塑料使用的同時,也在發掘一些新型的塑料,說明化學塑料在未來發展中會被逐漸淘汰,取而代之的將是一種新型環保的塑料產品。




結語


從傳統塑料發展到如今的生物塑料,這一進程除了強調綠色產品的理念外,還體現了生物技術的重要性。在科學技術飛速發展的時代,生物技術已與人們的生活緊密相連,對人們的生活質量乃至社會發展都有著一定的影響,如利用生物技術對食品及其原料加工以獲得更高品質的食品,在醫學方面可將生物技術融入生命科學理論與研究中,促進藥物可持續利用,降低成本等。


生物塑料的出現也體現了生物技術對提高人們生活質量、推動社會經濟發展的重要性。因此,我們生物行業人員更需要致力于生物技術的研究,去發掘更多有價值的產品,就像Novarnont公司一樣,它生產生物塑料不僅解決了部分傳統塑料行業存在的問題,提高了人們的生活質量,還對自身的發展起到了推動的作用。




參考資料
[1]http://www.ecorr.org/news/industry/2015-10-09/2456.html

[2]http://www.iceu.tech/nd.jsp?id=15

[3]華西證券報告《中國最嚴禁塑令下,塑代材料迎來最佳紅利期》


封面圖源:Volodymyr Hryshchenko - unsplash


(文章內容源于相關研究資料的整理,若有不足之處,歡迎指正)


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