能“自動消失”的塑料應用前景廣闊

19世紀，塑料誕生了，這被稱為人類最偉大的發明之一。但由於白色污染越來越嚴重，塑料變成了“最糟糕”的發明。據統計，全球每年塑料廢棄物約3000萬噸，其中超過800萬噸的塑料垃圾被直接丟棄或從陸地通過河道、風力最終進入海洋，塑料污染對海洋環境造成的損害遠遠超過了人們的想像。

 

　　前不久，在深圳舉行的第一屆“率先杯”未來技術創新大賽決賽上，中科院理化所工程塑料國家工程研究中心的團隊展示了一種海水中可降解材料，可以有效解決海洋塑料污染問題。該項目也是最終獲得優勝獎的30個項目之一。

　　從生物降解塑料得到啟發

　　塑料垃圾來自於何方?上班路上快餐店裡順帶早餐的一個塑料袋，中午快遞小哥送來的一個包裹袋，又或者是洗澡時沐浴露裡的塑料顆粒等等，在很多意想不到的地方，每個人都會製造出許多塑料垃圾。

　　為了解決白色污染的問題，中科院理化所工程塑料國家工程研究中心研發出了一種“ 生物降解塑料”，不僅讓塑料產品用起來得心應手，使用之後還能“自動消失”。

　　中科院理化所工程塑料國家工程研究中心主任、研究員季君暉對《中國科學報》記者說：“生物降解塑料大都是含酯鍵的高分子材料，分子鏈相對'脆弱'，因而可以被自然界許多微生物分解、消化，最終形成對環境無危害的二氧化碳和水。”

　　目前，已經商品化的生物可降解塑料包含聚乳酸(PLA)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)及其共聚酯(PBAT)、聚己內酯(PCL)和聚羥基烷酸酯(PHA)等。這些材料已經成為公認的、綠色的可完全生物降解材料，在一次性包裝、地膜、一次性餐具等眾多領域開始逐漸替代聚丙烯(PP)，聚乙烯(PE)等難降解、不降解塑料製品。

　　在解決陸地上的白色污染問題的同時，日趨嚴重的海洋塑料污染又引起了季君暉的注意。“2016年起，全球範圍對於海洋塑料污染的報導鋪天蓋地，因為我們前期有很多生物可降解塑料研發經驗，我們立即產生了研發海水可降解材料的念頭。從材料角度，當時國內外並沒有任何經驗可藉鑑，但因為我們是做降解塑料的，我們覺得這個事情有義務去完成。”季君暉表示。

　　技術創新實現海洋降解

　　確定開發海水可降解材料的課題方向後，中科院理化所高級工程師王格俠開展了系統的研究工作。通過多次試驗對比，他們發現，在土壤和堆肥中有良好生物降解性能的材料，在海水中的降解速率卻不盡如人意。

　　王格俠說：“我們本以為這是一件比較容易的事情，把生物降解材料稍微作一下改性，就可以適應海洋環境了，但現實卻潑了一盆冷水。”

　　這究竟是怎麼回事呢?經過仔細研究，王格俠找到了答案。“聚酯材料堆肥過程是微生物作用下的酶促水解反應;而海水溫度低、特異性微生物種類少、數量少，很難具備生物降解的條件，因而大多數聚酯材料在海水中降解週期非常緩慢，甚至難以降解。”

　　王格俠介紹道，海水中不同區域不同時期差異巨大，想要材料在可控的周期內能夠完全降解，單純依靠生物降解過程是走不通的。我們面臨的難題是：既要解決現有材料海水中難降解、不降解的問題，還要根據不同應用需求，使材料滿足一定的使用性能和環境適應性。

　　經過多次反复實驗，王格俠和團隊成員成功走出了這個困境。他們從分子設計和兩相合成出發，通過聚合物合成改性和共混改性兩種方式，向生物降解聚酯體系中引入非酶水解的基團，實現了材料在海水中整體可控降解。

　　“現在我們研發出的海水可降解材料可以在數分鐘到幾百天內不同周期實現崩解或降解，它的降解週期和降解方式可以根據不同應用需求進行調控，未來我們希望這種材料的降解模式能夠智能化。”王格俠表示。

　　應用市場前景廣闊

　　從1999年開始涉足降解塑料研究開始，經過近20年的積累，工程塑料國家工程研究中心通過技術轉移轉化，自主研發一步法PBS/PBAT聚合技術，已完成4家企業技術授權，其中3家順利投產，總產能7.5萬噸，佔全球12.6萬噸的55%。

　　“在2008年北京奧運會期間，為奧林匹克中心園區量身打造的可生物降解環保袋，如今已經形成了相對比較成熟、穩定的降解塑料產業鏈，這也為海水可降解材料產業化奠定了堅實基礎。”季君暉告訴記者。

　　王格俠表示，未來海水可降解材料可以替代現有的一次性塑料製品，尤其在遠航期間，可以有效解決塑料垃圾的處理問題，減少垃圾對海洋的污染。除此之外，特殊功能化的程序降解材料還能在信息安全、能源供給、水產養殖等領域大顯神通。

　　季君暉說：“從汽車改性塑料，到家電的抗菌材料研發，我們積累了眾多產業轉化的經驗。我們現在不僅有技術，還有生產線，未來海水可降解材料的產業化路徑前景良好。雖然短期內生產成本會比普通塑料高，但是當原料、工藝、生產規模達到一定水平後，成本一定會降下來。”

　　季君暉同時表示，“限塑令”並不能從源頭上解決白色污染問題，而可降解塑料是從材料的源頭去解決根本性問題。“塑料污染防治是全社會受益的問題，不能只讓消費者買單。我們希望政府和社會進行責任擔當。”季君暉說。

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