浅析生物基可降解塑料的生产改进工艺和应用现状

摘要：塑料是一种高分子化合物，具有较好的稳定性和抗变形能力，在生活中应用十分广泛。但废弃塑料的回收问题愈加严峻，在进行塑料分类处理时难度较大，若随意丢弃，会造成白色污染，且塑料本身难以分解。本文基于环境保护政策限塑令背景下，对新型可降解生物基塑料的分类进行详细阐述，分析其应用途径及现状，并对生物基可降解塑料使用过程中的缺陷及未来发展情况进行讨论。

关键词：生物基可降解塑料;生产改进工艺;应用现状及展望

一、研究背景及研究目的

塑料产品生产成本较低，具有良好的绝缘性，易塑造成任何形状，随着工业技术的发展，塑料产品的种类愈加丰富，如常见的包装材料，塑料袋、薄膜、保鲜膜等，在日常生活中，还被用来制作水杯、日用透明件、透明罐等，在工业生产中，塑料可被制作为地下管道材料、车罩灯、门窗、家用电器配件等。塑料的应用范围已涉及各个领域，如物品包装、工业、建筑、生活产品、交通运输、医药、农业等，低廉的生产成本使塑料的使用范围不断扩张。一方面，塑料产品的多样性使人们生活更加便捷，降低工业生产成本，使企业获得可观经济收益;另一方面，塑料具有難降解性，若埋在地下百年才可被降解，塑料产品的滥用、随意丢弃、集中处理不当都会致使白色污染，对土地资源、水资源等带来严重的污染和负面影响，塑料生产后无法得到有效处理，不符合闭环产品的发展条件。目前，全球塑料污染情况严峻，环境保护问题迫在眉睫，针对塑料污染问题，多数国家已提出限塑令政策，减少塑料产品的使用，合理丢弃，限制工业塑料的生产数量，可减缓塑料的严重影响。联合国在调查报告中显示，截止2019年，全球国家中有172个国家已执行严格限塑令，对塑料产品的生产和使用进行控制。除此之外，我国在2020年基于限塑令进行升级调整，在部分省市直接禁止塑料产品的生产、销售和使用，可看出中国政府对环境治理的决心。生物可降解塑料基于当前限塑令背景产生，使用生物质资源制作，即可分解的有机物质，如农业产品、植物等，生物可降解材料在自然环境中容易分解，对环境造成影响较小。

二、生物基可降解塑料概述

（一）生物基可降解塑料概念

生物塑料是一种使用可再生生物物质资源生产的塑料，如农业产品、植物、腐蚀动植物体、废弃回收垃圾等。生物塑料按照生产原料和产品使用途径可分为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质为生产基础，在微生物的作用下制作而成，具有较好的分解性能和环保性。一般来说，生物基塑料可在微生物作用下被完全分解，即使被丢弃在潮湿的环境中，也可被分解为二氧化碳、水等对环境污染较小的产物。我国对于生物基降解塑料的研究进展较慢，国外已形成先进的生产标准和检测评定体系，我国生物基企业的生产发展受到一定限制，难以保障在当前未被市场完全接受的情况下立即获得可观利润，政府应大力推广生物基可降解塑料的生产和使用，不断投入资金研究最新技术和生产体系，助力于我国环保事业的发展。本文主要研究的生物基塑料为淀粉基塑料、聚乳酸塑料（PLA）、聚羟基烷酸酯（PHA）、聚丁二酸丁二酯（PBS）等。上述四种生物基可降解材料目前生产种类较多、应用途径广泛，本文对四种主流生物基可降解材料的合成方法、改进工艺、应用领域进行探讨研究。

（二）生物基可降解塑料的分类

淀粉基塑料是以淀粉为主要生产物质，改变传统淀粉物质的形态与性能，通过接枝来改变原有分子链上羟基的数量从而改变淀粉结构，与其他高分子化合物聚合，使用热塑性机器制作而成的热塑性淀粉。淀粉是自然界中含量较多、成本低廉、可再生的天然原材料，可被微生物完全降解，对环境具有保护作用，同时减少石油资源的使用，并降低二氧化碳排放量。但淀粉基塑料具有亲水性、耐敏性、硬脆性，生产出的塑料产品应用性能较差，因此，需通过改性提高淀粉基塑料的强度、抗水性能、耐热性能，可采取物理或化学方法进行改善。淀粉基塑料的生产种类较多，研究起始时间较早，拥有较广阔的市场发展前景，用来替代传统塑料制造材料，应用于日常生活、产品包装、机械制造、建筑等领域。

三、生物基可降解塑料生产应用现状

随着人们环保意识的提升，在当前环境不断恶化的严峻情形下，应严格执行限塑令政策，限制传统聚丙烯塑料的生产和使用，相对而言，生物可降解塑料将迎来广阔的市场发展空间，产生可观收益。近年来，全球生物可降解塑料的产量与使用率不断攀升，生产规模与市场销售渠道不断拓展，预计未来几年仍具有较高的发展潜力。虽然我国对生物可降解塑料的研究较为落后，但在2020年针对某些地区的严格禁塑令而言，环保课题与经济可持续发展是目前的重要方向，我国生物可降解塑料将迎来前所未有的商机。

（一）淀粉基塑料

淀粉基塑料的研究起始时间相对较早，拥有长远的研究历史，研究成果随科技进步而不断创新，目前，淀粉基塑料因制作成本低廉具有良好的市场竞争力，市场规模不断扩大，使用淀粉基塑料制作的塑料产品收益可观，在国内外成立多家企业，专门生产该种类型的可降解塑料，在食品包装、玩具包装等方面应用广泛。

（二）PLA可降解塑料

该种生物可降解塑料成品无公害、对环境破坏性较小、加工性能良好且材料强度较高，在工业生产中备受瞩目，自限塑令政策出台后，PLA可降解塑料的研究进展较快，且应用领域不断扩大，销售范围的扩张速度高于淀粉基塑料，适用于食品、药材的包装、服装纺织、管道、薄膜等行业。该种材料通过改性后，具有加工成型速度快的优点，但该可降解塑料的生产工艺还有待改进。预计未来，PLA可降解塑料的销售范围会进一步扩大，其应用领域仍有待开拓。

（三）PHAs可降解塑料

目前，该种可降解塑料的生产企业较少，且生产工艺复杂，技术要求较高，因此生产成本较高，未能得到广泛市场开拓。该种可降解塑料的生产产量远低于另外三种类型的塑料，且塑料成品中有较多仍处于研究试验阶段，生产技术、生产工艺的复杂，导致该种可降解材料的发展缓慢，成本高昂严重限制了生产PHAs企业的大规模生产和销售，市场接受程度较低。据资料统计，该种可降解塑料的成本价格约为PLA可降解塑料的3.5倍。

（四）PBS可降解塑料

该种可降解塑料的生产工艺简便，仅需直接酯化反应即可得到，且具有良好的耐热性能与耐水解性，通过改变其物质结构后，该种可降解塑料的最高耐热温度高达100℃，且生产取材灵活。由于其耐高温性，可应用于食品包装，如打包餐盒、食品容器等，但由于其反应活性较低、降解速率较慢，对该种可降解塑料成品的回收处理应格外严格。

四、生物基可降解塑料现存问题和未来发展方向

（一）生物基可降解塑料现存问题

目前，由于限塑令背景下，生物基可降解塑料具有良好的发展前景与市场需求，通过对生物基可降解塑料的生产工艺与改性工艺的研究，使塑料成品的应用范围不断扩大，但仍存在问题有待改进，如传统塑料工艺、设备趋于完善，若要使传统塑料生产企业生产新型可降解塑料，需要重新学习生产工艺，更换生产设备，需投入大量资金，耗费较多时间完成转变，而传统塑料生产成本远低于生物基可降解塑料，利润空间较小，大规模工业生产仍有待扩张。此外，生物基可降解塑料拥有较高降解性，对环境具有保護作用，但常用生物基可降解塑料存在本质上的缺陷，如耐热性较差、材料强度较低等，而我国对可降解塑料研究落后导致改性工艺不成熟，在改变生物基可降解塑料时，可能存在效率低下的现象。最后，生物降解速率的影响因素较多，未能完善生物降解机理，形成完整的知识理论体系，因此无法掌握塑料成品在不同环境中的降解速率与实际情况，降解周期不明确。

（二）生物基可降解塑料未来的发展方向

生物基可降解塑料对环境造成污染较小，且在微生物作用下可被完全分解，分解产物对环境无害，贴合环境保护需求，因此有关部门应加大对生物基可降解塑料的市场推广，出台多部政策以支持生物基可降解塑料的生产，使绿色塑料的应用领域不断扩张。生产企业应对不同种类的生物基可降解塑料进行研究，针对不同的生产产品选择适宜的塑料种类，通过改进生产设备与生产工艺来提高可降解塑料成品的使用性能与环保性能。还可以优化升级生产设备，使其适用于不同种类的生物可降解塑料的生产，提高生产效率，促进企业经济收益。有关政府出对生物可降解塑料进行宣传外，还需要严格执行环保政策，提高民众的环保意识，设立专项基金助力于生物基可降解塑料的研究，以表明环境治理的正确态度。

目前，四种类型的生物可降解塑料均存在不同程度的缺陷，通过改变其物质性能与结构可对其进行改良，因此，需不断提升改造工艺水平，以提高生物可降解塑料的使用性能。可以通过添加功能物质来弥补不同类型塑料的功能缺陷，制备复合型塑料材料，达到优缺点的平衡。除此之外，生物可降解塑料中，PBS塑料的降解速率较慢，处理难度相比另外三种较高，需要对生物降解工艺开展研究，完善生物降解实验成果与理论知识，形成坚实的知识储备体系，为生物降解工艺的创新提供有力支持。生产企业应不断引进先进科学技术，招聘专业高质量人才，对生物降解工艺开展研究，模拟自然界中的塑料降解环境，通过改变某些条件来判断其降解速率的主要影响因素。

当前，我国生物可降解塑料的生产企业规模不断扩张，企业数量持续增长，可降解塑料的产量与销售金额不断上涨，但生产的塑料成品质量参差不齐，导致市场秩序混乱。因此，有关部门需制定统一生产标准，从原材料选取、生产工艺、改性工艺、产品质量等方面进行规范，保障塑料成品质量，才能使其具有良好的可降解性，降低对环境的污染。可以对生产企业进行定期抽查，以检验其生产质量，有助于生物可降解塑料行业的可持续发展，形成良好的市场氛围，推动该产业的快速扩张。

结语：

综上所述，在当前环境保护政策与限塑令政策的执行背景下，生物基可降解塑料具有良好发展前景，但由于改性工艺不成熟、生产成本较高、降解速率机理有待完善等因素，使得我国生物基可降解塑料的研究进程发展缓慢，因此，应加强对改性工艺的研究，可设立专属基金帮助生产企业的发展，同时加大人才培养，完善生物降解机理。

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作者简介：蔡雄（1991.07—），男，汉族，湖北石首，硕士研究生，主要从事：改性塑料的配方设计、科研等技术工作。