淺析生物基可降解塑料的生產改進工藝和應用現狀

摘要：塑料是一種高分子化合物，具有較好的穩定性和抗變形能力，在生活中應用十分廣泛。但廢棄塑料的回收問題愈加嚴峻，在進行塑料分類處理時難度較大，若隨意丟棄，會造成白色污染，且塑料本身難以分解。本文基于環境保護政策限塑令背景下，對新型可降解生物基塑料的分類進行詳細闡述，分析其應用途徑及現狀，并對生物基可降解塑料使用過程中的缺陷及未來發展情況進行討論。

關鍵詞：生物基可降解塑料;生產改進工藝;應用現狀及展望

一、研究背景及研究目的

塑料產品生產成本較低，具有良好的絕緣性，易塑造成任何形狀，隨著工業技術的發展，塑料產品的種類愈加豐富，如常見的包裝材料，塑料袋、薄膜、保鮮膜等，在日常生活中，還被用來制作水杯、日用透明件、透明罐等，在工業生產中，塑料可被制作為地下管道材料、車罩燈、門窗、家用電器配件等。塑料的應用范圍已涉及各個領域，如物品包裝、工業、建筑、生活產品、交通運輸、醫藥、農業等，低廉的生產成本使塑料的使用范圍不斷擴張。一方面，塑料產品的多樣性使人們生活更加便捷，降低工業生產成本，使企業獲得可觀經濟收益;另一方面，塑料具有難降解性，若埋在地下百年才可被降解，塑料產品的濫用、隨意丟棄、集中處理不當都會致使白色污染，對土地資源、水資源等帶來嚴重的污染和負面影響，塑料生產后無法得到有效處理，不符合閉環產品的發展條件。目前，全球塑料污染情況嚴峻，環境保護問題迫在眉睫，針對塑料污染問題，多數國家已提出限塑令政策，減少塑料產品的使用，合理丟棄，限制工業塑料的生產數量，可減緩塑料的嚴重影響。聯合國在調查報告中顯示，截止2019年，全球國家中有172個國家已執行嚴格限塑令，對塑料產品的生產和使用進行控制。除此之外，我國在2020年基于限塑令進行升級調整，在部分省市直接禁止塑料產品的生產、銷售和使用，可看出中國政府對環境治理的決心。生物可降解塑料基于當前限塑令背景產生，使用生物質資源制作，即可分解的有機物質，如農業產品、植物等，生物可降解材料在自然環境中容易分解，對環境造成影響較小。

二、生物基可降解塑料概述

（一）生物基可降解塑料概念

生物塑料是一種使用可再生生物物質資源生產的塑料，如農業產品、植物、腐蝕動植物體、廢棄回收垃圾等。生物塑料按照生產原料和產品使用途徑可分為生物基塑料和生物降解塑料。

生物基塑料是以淀粉等天然物質為生產基礎，在微生物的作用下制作而成，具有較好的分解性能和環保性。一般來說，生物基塑料可在微生物作用下被完全分解，即使被丟棄在潮濕的環境中，也可被分解為二氧化碳、水等對環境污染較小的產物。我國對于生物基降解塑料的研究進展較慢，國外已形成先進的生產標準和檢測評定體系，我國生物基企業的生產發展受到一定限制，難以保障在當前未被市場完全接受的情況下立即獲得可觀利潤，政府應大力推廣生物基可降解塑料的生產和使用，不斷投入資金研究最新技術和生產體系，助力于我國環保事業的發展。本文主要研究的生物基塑料為淀粉基塑料、聚乳酸塑料（PLA）、聚羥基烷酸酯（PHA）、聚丁二酸丁二酯（PBS）等。上述四種生物基可降解材料目前生產種類較多、應用途徑廣泛，本文對四種主流生物基可降解材料的合成方法、改進工藝、應用領域進行探討研究。

（二）生物基可降解塑料的分類

淀粉基塑料是以淀粉為主要生產物質，改變傳統淀粉物質的形態與性能，通過接枝來改變原有分子鏈上羥基的數量從而改變淀粉結構，與其他高分子化合物聚合，使用熱塑性機器制作而成的熱塑性淀粉。淀粉是自然界中含量較多、成本低廉、可再生的天然原材料，可被微生物完全降解，對環境具有保護作用，同時減少石油資源的使用，并降低二氧化碳排放量。但淀粉基塑料具有親水性、耐敏性、硬脆性，生產出的塑料產品應用性能較差，因此，需通過改性提高淀粉基塑料的強度、抗水性能、耐熱性能，可采取物理或化學方法進行改善。淀粉基塑料的生產種類較多，研究起始時間較早，擁有較廣闊的市場發展前景，用來替代傳統塑料制造材料，應用于日常生活、產品包裝、機械制造、建筑等領域。

三、生物基可降解塑料生產應用現狀

隨著人們環保意識的提升，在當前環境不斷惡化的嚴峻情形下，應嚴格執行限塑令政策，限制傳統聚丙烯塑料的生產和使用，相對而言，生物可降解塑料將迎來廣闊的市場發展空間，產生可觀收益。近年來，全球生物可降解塑料的產量與使用率不斷攀升，生產規模與市場銷售渠道不斷拓展，預計未來幾年仍具有較高的發展潛力。雖然我國對生物可降解塑料的研究較為落后，但在2020年針對某些地區的嚴格禁塑令而言，環保課題與經濟可持續發展是目前的重要方向，我國生物可降解塑料將迎來前所未有的商機。

（一）淀粉基塑料

淀粉基塑料的研究起始時間相對較早，擁有長遠的研究歷史，研究成果隨科技進步而不斷創新，目前，淀粉基塑料因制作成本低廉具有良好的市場競爭力，市場規模不斷擴大，使用淀粉基塑料制作的塑料產品收益可觀，在國內外成立多家企業，專門生產該種類型的可降解塑料，在食品包裝、玩具包裝等方面應用廣泛。

（二）PLA可降解塑料

該種生物可降解塑料成品無公害、對環境破壞性較小、加工性能良好且材料強度較高，在工業生產中備受矚目，自限塑令政策出臺后，PLA可降解塑料的研究進展較快，且應用領域不斷擴大，銷售范圍的擴張速度高于淀粉基塑料，適用于食品、藥材的包裝、服裝紡織、管道、薄膜等行業。該種材料通過改性后，具有加工成型速度快的優點，但該可降解塑料的生產工藝還有待改進。預計未來，PLA可降解塑料的銷售范圍會進一步擴大，其應用領域仍有待開拓。

（三）PHAs可降解塑料

目前，該種可降解塑料的生產企業較少，且生產工藝復雜，技術要求較高，因此生產成本較高，未能得到廣泛市場開拓。該種可降解塑料的生產產量遠低于另外三種類型的塑料，且塑料成品中有較多仍處于研究試驗階段，生產技術、生產工藝的復雜，導致該種可降解材料的發展緩慢，成本高昂嚴重限制了生產PHAs企業的大規模生產和銷售，市場接受程度較低。據資料統計，該種可降解塑料的成本價格約為PLA可降解塑料的3.5倍。

（四）PBS可降解塑料

該種可降解塑料的生產工藝簡便，僅需直接酯化反應即可得到，且具有良好的耐熱性能與耐水解性，通過改變其物質結構后，該種可降解塑料的最高耐熱溫度高達100℃，且生產取材靈活。由于其耐高溫性，可應用于食品包裝，如打包餐盒、食品容器等，但由于其反應活性較低、降解速率較慢，對該種可降解塑料成品的回收處理應格外嚴格。

四、生物基可降解塑料現存問題和未來發展方向

（一）生物基可降解塑料現存問題

目前，由于限塑令背景下，生物基可降解塑料具有良好的發展前景與市場需求，通過對生物基可降解塑料的生產工藝與改性工藝的研究，使塑料成品的應用范圍不斷擴大，但仍存在問題有待改進，如傳統塑料工藝、設備趨于完善，若要使傳統塑料生產企業生產新型可降解塑料，需要重新學習生產工藝，更換生產設備，需投入大量資金，耗費較多時間完成轉變，而傳統塑料生產成本遠低于生物基可降解塑料，利潤空間較小，大規模工業生產仍有待擴張。此外，生物基可降解塑料擁有較高降解性，對環境具有保護作用，但常用生物基可降解塑料存在本質上的缺陷，如耐熱性較差、材料強度較低等，而我國對可降解塑料研究落后導致改性工藝不成熟，在改變生物基可降解塑料時，可能存在效率低下的現象。最后，生物降解速率的影響因素較多，未能完善生物降解機理，形成完整的知識理論體系，因此無法掌握塑料成品在不同環境中的降解速率與實際情況，降解周期不明確。

（二）生物基可降解塑料未來的發展方向

生物基可降解塑料對環境造成污染較小，且在微生物作用下可被完全分解，分解產物對環境無害，貼合環境保護需求，因此有關部門應加大對生物基可降解塑料的市場推廣，出臺多部政策以支持生物基可降解塑料的生產，使綠色塑料的應用領域不斷擴張。生產企業應對不同種類的生物基可降解塑料進行研究，針對不同的生產產品選擇適宜的塑料種類，通過改進生產設備與生產工藝來提高可降解塑料成品的使用性能與環保性能。還可以優化升級生產設備，使其適用于不同種類的生物可降解塑料的生產，提高生產效率，促進企業經濟收益。有關政府出對生物可降解塑料進行宣傳外，還需要嚴格執行環保政策，提高民眾的環保意識，設立專項基金助力于生物基可降解塑料的研究，以表明環境治理的正確態度。

目前，四種類型的生物可降解塑料均存在不同程度的缺陷，通過改變其物質性能與結構可對其進行改良，因此，需不斷提升改造工藝水平，以提高生物可降解塑料的使用性能?？梢酝ㄟ^添加功能物質來彌補不同類型塑料的功能缺陷，制備復合型塑料材料，達到優缺點的平衡。除此之外，生物可降解塑料中，PBS塑料的降解速率較慢，處理難度相比另外三種較高，需要對生物降解工藝開展研究，完善生物降解實驗成果與理論知識，形成堅實的知識儲備體系，為生物降解工藝的創新提供有力支持。生產企業應不斷引進先進科學技術，招聘專業高質量人才，對生物降解工藝開展研究，模擬自然界中的塑料降解環境，通過改變某些條件來判斷其降解速率的主要影響因素。

當前，我國生物可降解塑料的生產企業規模不斷擴張，企業數量持續增長，可降解塑料的產量與銷售金額不斷上漲，但生產的塑料成品質量參差不齊，導致市場秩序混亂。因此，有關部門需制定統一生產標準，從原材料選取、生產工藝、改性工藝、產品質量等方面進行規范，保障塑料成品質量，才能使其具有良好的可降解性，降低對環境的污染?？梢詫ιa企業進行定期抽查，以檢驗其生產質量，有助于生物可降解塑料行業的可持續發展，形成良好的市場氛圍，推動該產業的快速擴張。

結語：

綜上所述，在當前環境保護政策與限塑令政策的執行背景下，生物基可降解塑料具有良好發展前景，但由于改性工藝不成熟、生產成本較高、降解速率機理有待完善等因素，使得我國生物基可降解塑料的研究進程發展緩慢，因此，應加強對改性工藝的研究，可設立專屬基金幫助生產企業的發展，同時加大人才培養，完善生物降解機理。

參考文獻：

[1]金琰，蔡凡凡，王立功，宋超，金文雄，孫俊芳，劉廣青，陳暢.生物可降解塑料在不同環境條件下的降解研究進展[J/OL].生物工程學報：1-25[2021-12-03]

[2]黃根龍，林煒華.發泡塑料餐飲具替代產品質量必須符合國家標準——“恒黎”牌可降解塑料片材、餐飲具質量評析[J].上海標準化，2001（03）

[3]王克智，張惠芳.山西省化工研究院開辟生物降解塑料配套助劑研究新領域——KL-E系列環氧官能化聚合物擴鏈劑開發成功[J].塑料工業，2012，40（04）

[4]和曉楠. 降解塑料的發展現狀分析[J].高科技與產業化. 2020（02）

[5]吳保鉤，馬丕明，徐鵬武，張勇，王如寅.聚乳酸增韌及結晶改性研究進展[J]. 中國塑料. 2020（08）

[6]刁曉倩，翁云宣，宋鑫宇，周迎鑫，付燁，黃志剛.國內外生物降解塑料產業發展現狀[J]. 中國塑料. 2020（05）

[7]劉春.生物可降解塑料的開發進展[J].現代塑料加工應用. 2020（03）

[8]李冬娜，馬曉軍.聚羥基烷酸酯降解包裝材料的生物合成及進展[J].包裝工程. 2020（05）

[9]鄭裕東，鐘青華，馬文石.從污水微生物合成聚羥基烷酸酯[J]. 應用化學. 2000（06）

[10]王莉.生物降解塑料的研究進展——淀粉基塑料、聚乳酸塑料、聚羥基烷酸酯塑料[J]. 化工文摘. 2007（02）

[11]張曉萍.綠色生物塑料聚羥基烷酸酯的研究進展[J].塑料科技. 2020（03）

作者簡介：蔡雄（1991.07—），男，漢族，湖北石首，碩士研究生，主要從事：改性塑料的配方設計、科研等技術工作。