生物降解塑料

2014年12月06日

生物降解塑料是指一類由自然界存在的微生物如細菌、霉菌真菌)和藻類的作用而引起降解的塑料。理想的生物降解塑料是一種具有優良的使用性能、廢棄后可被環境微生物完全分解、最終被無機化而成為自然界中碳素循環的一個組成部分的高分子材料。“紙”是一種典型的生物降解材料,而“合成塑料”則是典型的高分子材料。因此,生物降解塑料是兼有“紙”和“合成塑料”這兩種材料性質的高分子材料。

定義編輯

生物降解塑料又可分為完全生物降解塑料破壞性生物降解塑料兩種。
淀粉基全生物降解塑料
破壞性生物降解塑料當前主要包括淀粉改性(或填充)聚乙烯PE、聚丙烯PP、聚氯乙烯PVC、聚苯乙烯PS等。
完全生物降解塑料主要是由天然高分子(如淀粉、纖維素、甲殼質)或農副產品經微生物發酵或合成具有生物降解性的高分子制得,如熱塑性淀粉塑料、脂肪族聚酯、聚乳酸、淀粉/聚乙烯醇等均屬這類塑料。
以淀粉等天然物質為基礎的生物降解塑料目前主要包括以下幾種產品:聚乳酸(PLA)、聚羥基烷酸酯(PHA)、淀粉塑料、生物工程塑料、生物通用塑料(聚烯烴和聚氯乙烯)[1] 。

2應用編輯

生物降解塑料由于具有良好的降解性,主要用作食物軟硬包裝材料,這也是現階段其最大的應用領域。
生物降解塑料主要的目標市場是塑料包裝薄膜、農用薄膜、一次性塑料袋和一次性塑料餐具。相比傳統塑料包裝材料,新型降解材料成本稍高。但是隨著環保意識的增強,人們愿意為保護環境而使用價格稍高的新型降解材料,環保意識的增強給生物降解新材料行業帶來了巨大的發展機遇。隨著中國經濟的發展,成功舉辦奧運會、世博會等多項震驚世界的大型活動,各世界文化遺產及國家級風景名勝所在地保護的需要,塑料造成的環境污染問題愈發被重視,各級政府已將治理白色污染列為重點工作之一。
歐、美、日等發達國家和地區相繼制訂和出臺了有關法規,通過局部禁用、限用、強制收集以及收取污染稅等措施限制不可降解塑料的使用,大力發展生物降解新材料,以保護環境、保護土壤,其中法國2005年即出臺政策規定所有可拎一次性塑料袋在2010年后必須可生物降解。
同時,中國也陸續出臺了多項政策鼓勵生物降解塑料的應用和推廣。2004年全國人大通過了《可再生能源法(草案)》和《固廢法(修訂)》,鼓勵再生生物質能的利用和降解塑料的推廣應用;2005年,國家發改委第40號文件明確鼓勵生物降解塑料的使用和推廣;2006年,國家發改委啟動關于推廣生物質生物降解材料發展的專項基金項目;2007年1月1日實施的《降解塑料的定義、分類、標識和降解性能要求》得到了歐洲、美國和日本等國的互認,為中國企業出口產品提供了便利。

3分類編輯

從原材料上分類,生物降解塑料至少有以下幾種:
聚己內酯(PCL)
這種塑料具有良好的生物降解性,熔點是62℃。分解它的微生物廣泛地分布在喜氣或厭氣條件下。作為可生物降解材料可把它與淀粉、纖維素類的材料混合在一起,或與乳酸聚合使用。
聚丁二酸丁二醇酯(PBS)及其共聚物
以PBS(熔點為114℃)為基礎材料制造各種高分子量聚酯的技術已經達到工業化生產水平。日本三菱化學和昭和高分子公司已經開始工業化生產,規模在千噸左右。
中科院理化研究所也在進行聚丁二酸丁二醇酯共聚酯的合成研究。中科院理化研究所已經和山東匯盈公司合作建成了年產25000噸的PBS及其聚合物的生產線、廣東金發公司建成了年產1000噸規模的生產線等。清華大學安慶和興化工有限公司建成了年產10000噸PBS及其共聚物的生產線。
聚乳酸(PLA)
美國Natureworks公司在完善聚乳酸生產工藝方面做了積極有效的工作,開發了將玉米中的葡萄糖發酵制取聚乳酸,年生產能力已達1.4萬噸。日本UNITIKA公司,研發和生產了許多種制品,其中帆布、托盤、餐具等在日本愛知世博會被廣泛使用。
中國產業化的有浙江海生生物降解塑料股份有限公司(規模5000千噸/年生產線),正在中試的單位有上海同杰良生物材料有限公司、江蘇九鼎集團等。
國外實現工業化生產的主要為美國和巴西等國。國內生產單位有寧波天安生物材料有限公司(規模2千噸/年),正在中試的單位有江蘇南天集團股份有限公司、天津國韻生物科技有限公司等。
利用可再生資源得到的生物降解塑料,把脂肪族聚酯和淀粉混合在一起,生產可降解性塑料的技術也已經研究成功。在歐美國家,淀粉和脂肪族聚酯的共混物被廣泛用來生產垃圾袋等產品。國際上規模最大、銷售最好的是意大利的Novamont公司,其商品名為Mater-bi,公司的產品在歐洲和美國有較大量的應用。
國內研究和生產的單位很多,其中產業化的單位有武漢華麗科技有限公司(規模4萬噸/年)、浙江華發生態科技有限公司(8千噸/年)、浙江天禾生態科技有限公司(5千噸/年)、福建百事達生物材料有限公司(規模2千噸/年)、肇慶華芳降解塑料有限公司(規模5千噸/年)等。
脂肪族芳香族共聚酯
德國BASF公司所制造的脂肪族芳香族無規共聚酯(Ecoflex),其單體為:己二酸、對苯二甲酸、1,4-丁二醇。生產能力在14萬噸/年。同時開發了以聚酯和淀粉為主的生物降解塑料制品。
聚乙烯醇(PVA)類生物降解塑料
如意大利NOVMANT的MaterBi產品在上世紀90年代主要是在淀粉中加入PVA,它能吹膜,也能加工其它產品。聚乙烯醇類材料,需要經過一定的改性后方具有良好的生物降解性能,北京工商大學輕工業塑料加工應用研究所在這方面取得了一定成果。
二氧化碳共聚物
國外,最早研究二氧化碳共聚物的國家主要為日本和美國,但一直沒有工業化生產。
3000噸全生物降解塑料
國內內蒙古蒙西集團公司采用長春應用化學研究所的技術,已建成年產3000噸二氧化碳/環氧化合物共聚物樹脂的裝置,產品主要應用在包裝和醫用材料上。中科院廣州化學研究所陳立班博士開發的低分子量二氧化碳共聚物技術已在江蘇泰興開始投產,品種是低相對分子質量二氧化碳/環氧化合物共聚物,用來作為聚氨酯發泡材料的原材料,用于家用電器等的包裝。河南天冠集團采用中山大學孟躍中教授的技術,已經建成中試規模的二氧化碳共聚物生產線,預計今年能中試生產。
其它如甲殼素、聚酰胺、聚天冬酸、聚糖、纖維素等均在研發之中。
聚-β-羥基丁酸酯(PHB)
從世界范圍看,PHB及PHBV是公認的最有希望的生物降解塑料之一,也是正在開發的新產品。技術方的中試生產成本約40元人民幣/公斤,工業化投產后產品的成本將會進一步降低,價格優勢明顯,尤其是技術方的生產工藝簡單和設備簡易,便 于推廣并進行大規模生產。

4發展歷程編輯

根據日本生物降解塑料研究會的資料,2002年日本生物降解塑料生產量約1萬噸,2003年約2萬噸,2005年約4萬噸,到2010年預計達到10~20萬噸左右。
根據歐洲生物塑料協會資料,2001年的數字顯示,歐盟可生物降解產品的消費量為2.5~3萬噸,而傳統聚合物的用量高達3500萬噸。歐洲生物塑料協會預計2010年傳統聚合物的用量將達到5500萬噸,而生物降解塑料的用量屆時會達到50~100萬噸?缮锝到獠牧献罱K可能會占據10%的市場份額。在生物降解材料中原料采用可再生資源的比例將占到90%以上。
按照中國塑協降解塑料專業委員會的統計,中國2003年生物降解材料的用量約15000噸,其中不添加淀粉的生物降解聚合物約1000噸。2005年從事生物降解塑料的企業約30家,生產能力6萬噸/年,實際生產約3萬噸,國內市場需求約5萬噸,國外進口1萬噸,出口2萬噸。預計2010年產能將達到25萬噸左右。
一些發達國家還以循環經濟思想為指導,使用可降解一次性用具,如瑞典在20世紀80年代末就試制馬鈴薯和玉米制的一次性快餐盒,韓國用法律強制性規定使用用糯米做的牙簽等。歐洲制定了有關可生物降解堆肥塑料的標準EN13432《利于堆肥和生物降解來回收的包裝物試驗和最終評價的要求》,而其他有關推進有機廢棄物堆肥處理的政令在積極制訂和準備中。美國政府從1996年起設置了總統綠色化學挑戰獎,鼓勵發展生物降解塑料產業。紐約州1989年開始禁止使用非生物降解蔬菜袋,對生產降解塑料的廠家給予補貼,并要求市民將可再生與不可再生垃圾分開,否則罰款500美元。
其他一些國家也采取了類似對策:印度已經立法禁止在奶制品行業使用塑料包裝;南非法律已經全面禁止使用塑料包裝袋。隨著各國立法的發展,可生物降解的新型包裝材料可望日益普及。
在中國,隨著對降解塑料理解的加深,已充分認識到這種材料及其產業對中國可持續發展的戰略作用?缮锝到馑芰系钠占皯靡咽潜娡鶜w。中國人大于2004年通過了《可再生能源法(草案)》和《固廢法(修訂)》,鼓勵再生生物質能的利用和降解塑料推廣應用。在國家發展和改革委員會2005年的40號文件中,也明確要鼓勵生物降解塑料的使用和推廣。2006年,國家發展和改革委員會又啟動了關于推廣生物質生物降解材料發展的專項基金項目。

5相關問題編輯

但是,盡管有關降解塑料的研究和報道較多,但許多具體問題不能解決,推廣異常困難,前景不容樂觀。原因是:一是因為可降解塑料袋承重能力低,不能滿足顧客多裝東西和反復使用的要求;二是可降解塑料袋色澤暗淡發黃,透明度低,給人一種不夠清潔和難看之感,用起來不放心;三是價格偏高,由于商家是免費贈送,所以成本難以接受。
又如,為解決EPS快餐飯盒對環境的污染問題。試圖用紙飯盒或可降解塑料飯盒代替。但是由于存在下述原因,極難推廣:一是EPS強度高、質輕、保溫性好;二是紙飯盒價格是EPS的1.5~2.5倍;三是即使采用降解PP飯盒,其性能也比不上EPS。中國有關部門要求使用植物纖維制作一次性餐具代替EPS。然而,由于在這種植物纖維餐具的成型過程中使用了高分子熱溶膠,所以仍然存在處理問題及殘留在植物纖維餐具中的農藥含量控制問題。
因此,開發研究降解塑料仍有很長的路要走。生物降解塑料產業發展正面臨五大難題。第一是技術不夠成熟,降解塑料制品的性能還無法完全滿足各種消費需求。盡管市場上已有的生物降解塑料品種眾多,但每種材料本身的機械和加工性能只在某一方面突出,綜合性能還存在這樣或那樣的不足。目前國內在降解塑料制品加工研究方面的力量尚顯薄弱,大部分企業將關注的重點集中在材料合成上,忽略了制品加工開發,一些生物降解塑料制成的餐飲用具在耐熱、耐水及機械強度方面與傳統塑料制品相差較遠。
第二是成本問題。生物降解塑料產品的價格尚難與石油基產品競爭,這就需要通過技術進步不斷降低生產成本和產品價格。
第三是缺乏有力的政策或法律法規支撐。在國外,政府通過設立專項發展基金、稅收優惠等政策支持生物降解塑料產業發展,目前中國在這方面的支持力度逐漸加強,宏觀政策支持也越
綠色生物降解塑料展示
來越多,但缺少細則,不利于生產型企業的發展。 第四是企業資金不足和融資難問題。中國生物降解塑料企業規模還不夠大,而生物降解塑料行業回報周期又超出了預期設計,產生了企業資金不足和融資難問題。
第五是評價體系尚不完善。生物降解塑料是新興產業,許多材料及制品開發出來后,沒有自己的產品標準,給貿易帶來許多不便和糾紛。中國雖然早期由全國塑料制品標準化技術委員會專門成立了生物質和生物降解塑料工作組,2008年國家標準委又成立了全國生物基材料及降解塑料相關標準制定機構,但由于經費支持不夠,相關工作進展緩慢。
為此,與會專家建議,國家要在法律上明確生物降解塑料在現代循環經濟體系中的地位和重要性,在政策上給予大力支持,對生物降解塑料制品的應用和發展采取補貼政策,在稅收上細化優惠措施,并設立國家專項發展基金,引導各種資金進入,以推動降解塑料產業發展。
專家還建議政府有關部門協助企業和科研機構技術創新,推動成熟技術的研發和推廣;積極開發廉價且來源廣泛的原料,使用成熟技術和加工工藝;對微生物合成塑料,要積極尋找高效的菌種和低成本培養基,開發最佳發酵工藝和成型工藝設備,將生產成本降低;加強在生物降解塑料標準、測試技術等方面的投入,完善產品標準。
此外,從應用領域考慮,對不可回收的醫用塑料制品、垃圾袋、堆肥袋、農藥瓶、化妝品容器等一次性塑料制品,可采取食用淀粉或無機礦物質填充的方法,開發高質量、價格更加低廉的完全生物降解塑料制品。

6具體措施編輯

加快產品應用研發和產業化
生物降解塑料制品的性能還無法完全滿足消費者需求,盡管市場上已有的品種眾多,但每種材料本身的機械和加工性能只是某一方面有突出的特性,綜合性能還存在這樣或那樣的不足,這一點將是制約其市場應用推廣的瓶頸之一。在開發生物降解塑料制品的同時,國內企業應該注意加快有自主知識產權、創新型產品和用途的開發。由于,國外對生物降解塑料制品研發和生產應用相對較早,已經申請了許多專利,從而給國內企業開發新產品時,造成了一定的技術壁壘。拿聚乳酸的專利來舉例子,2005年,國外有關聚乳酸專利有1700多項,而中國公開的專利只有145項,而其中還有一半以上是國外公司的專利。因此,國內企業應該加強有自主知識產權的產品的開發。
加強制品加工開發研究
其次是目前國內從事制品加工研究的力量尚顯薄弱,大部分企業將關注的重點集中在材料合成上,而忽略了制品加工開發,一些生物降解塑料做成的餐飲具在耐熱、耐水及機械強度方面與傳統塑料制品相差較遠,而這一點恰恰是生物降解塑料能否大規模市場化的關鍵。
完善垃圾回收處理體系
缺乏配套完善的回收處理體系也制約著產品進一步推廣。所以一定要對降解塑料進行明確標識,再加以回收。能再利用的,收集后再進行成型加工成制品;對不能再利用的要考慮合理處理的辦法。針對傳統塑料添加淀粉等再生資源的降解塑料,可以采用熱能回收的垃圾處理系統。對生物降解塑料,可著重考慮堆肥的處理辦法。
加快制訂相關政策和法規
1.專項資金支持
對生物降解塑料制品的應用和發展采取補貼政策,包括中央政府補貼和地方政府補貼。中央財政可通過科技攻關資金、貼息等進行補貼,如奧運一次性生物降解塑料制品示范和推廣工作等。
國家可以考慮對利用生物質原料生產生物降解塑料的企業采用低息貸款政策、技術改造專項貸款、信用擔保政策等來鼓勵產業發展。
2.稅收政策
沒有關于生物降解塑料的產品進口采用低稅率的明文規定,為促進行業發展應該制定關稅優惠稅率。
為鼓勵和扶持一些企業的發展,可以按照新的企業所得稅條例規定減免優惠政策,如:一是民族區域自治地方的企業需要照顧和鼓勵的,經省級人民政府批準,可以實行定期減免和免稅;二是法律
淀粉基全生物降解塑料吹膜級
、行政法規和國務院有關規定給予減稅免稅的企業依照規定執行。
3.對傳統塑料加強回收再利用,增收回收稅
國外對塑料制品使用后的回收再利用非常重視,如根據歐盟委員會修訂過的指導性法律,歐盟成員國應在2008年至2015年間將本國包裝垃圾的再利用率提高到55%以上,其中玻璃包裝再利用率達到60%,金屬包裝達到50%,塑料包裝達到22.5%,木制包裝達到15%。歐盟委員會指出,2001年,僅包裝垃圾再利用一項就使歐盟二氧化碳氣體排放減少了0.6%,這表明提高包裝垃圾再利用率不但可以減少包裝材料對能源的消耗,節約建設焚燒處理場的費用,而且可以降低包裝材料生產過程對環境的污染,對減少溫室氣體排放、保護環境是一個非常切實有效的措施。因此必須加強傳統塑料強制回收工作。而對回收成本較高的一次性的塑料包裝制品,加收10%~100%的回收稅。對不能回收的一次性塑料包裝制品,規定必須使用可生物降解塑料。
對傳統塑料一次性用品進行征稅國外很早就有先例。2002年3月,愛爾蘭政府開始征收塑料袋增值稅,根據愛爾蘭政府的規定,顧客在市場上購物時,每使用一個塑料袋將征收15歐分的稅款。愛爾蘭使用塑料袋的數量卻是驚人的,每年免費發放給購物者的塑料袋高達12億個,加起來重達1.4萬噸。平攤下來,每人平均一年大約要消費325個塑料袋。塑料袋增值稅生效后一個月內,塑料袋的消費就驟減90%以上。
4.適當限制某些傳統塑料制作的一次性非降解包裝產品
適當限制甚至分期分批禁止某些傳統塑料制作的一次性非降解包裝產品,如一次性垃圾袋、購物袋、日用品外包裝、一次性快餐具、一次性塑料杯、一次性食品包裝容器、一次性食品包裝膜、一次性工業包裝等。
5.分期分批推廣降解塑料
按照行業生產能力和制品生產技術,逐步推進降解塑料的推廣進度。在2010年以前,以推動生物降解塑料為主線,輔以淀粉等天然材料共混傳統塑料的產品,對這兩類產品分別給予政策支持,但前者力度要大于后者。在2010年以后,全面推廣生物降解塑料,對淀粉添加傳統塑料類型制品不再享受優惠政策。
6.加強行業協會橋梁作用
加強中國塑料加工工業協會降解塑料專業委員會的行業橋梁作用,給與行業協會資金支持,利用行業協會加強對企業投資、生產方向、產品定位等的引導,促進行業內外交流,促進國內外交流和貿易,以及充分的政策調研和行業統計工作等


來源:浙江怡佳環?萍加邢薰
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