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    生物降解塑料常见知识

  • 时间:2020-08-14浏览数:47来源:
  • 降解塑料

     

    降解塑料是一个大的概念,它是在规定环境条件下,经过一段时间和包含一个或更多步骤,导致材料化学结构的显著变化而损失某些性能(如完整性、分子质量、结构或机械强度)和/或发生破碎的塑料。

     

    其中,光降解塑料、热氧降解塑料属于破裂型塑料,不应归结在生物降解塑料中。降解塑料应使用能反映性能变化的标准试验方法进行测试,并按降解方式和使用周期确定其类别。不结合降解塑料类型及其降解环境条件,而笼统地说降解塑料,并不是说该类塑料就是能够完全降解为对环境无害的物质。

     

    目前,全球生物降解塑料产能已达1000kt左右,并以每年超过20%的速度增长;我国生物降解塑料作为“十三五”期间塑料行业发展的重点,得到快速发展:国内产能已达500kt左右,其中PLA 产能已达50kt/年,PBAT产能已超200kt/年,并且还有大批生产线正在建设或计划建设中,PHA、PCL、PPC等材料产能和使用量也都在不断增大,相信在“十四五”期间生物降解塑料还将得到更好的发展。

     

    1、什么是生物降解材料?

     

    A:生物降解材料包括了生物降解高分子材料如纤维素、淀粉、纸等,也包括了生物合成或化学合成得到的生物降解塑料等。

    生物降解塑料,是指在自然界如土壤和/或沙土等条件下,和/或特定条件如堆肥化条件下或厌氧消化条件下或水性培养液中,由自然界存在的微生物作用引起降解,并终完全降解变成二氧化碳(CO2)或/和甲烷(CH4)、水(H2O)及其所含元素的矿化无机盐以及新的生物质(如微生物死体等)。

    要注意的是每一种生物降解材料包括纸等,其降解都需要一定环境条件,如果在不具备降解条件尤其是微生物生活条件下,其降解会很慢;同时,也并不是每一种生物降解材料在任何环境条件下都能够快速降解。因此,对待生物降解材料,应该从其环境条件出发,结合材料本身结构等进行分析判定其是否为生物降解材料。如何判断一种材料是否可以生物降解,国际上和中国都出台了一系列的检测方法标准,这在标准问题中进行回答。

     

    2、生物降解塑料都有哪些种类?

     

    A:根据生物降解塑料的原料来源,可将其分为生物基生物降解塑料及石化基生物降解塑料两类。

    生物基生物降解塑料主要可分为四类:

    类为材料直接加工得到的塑料,目前市场上,利用高分子生产的生物降解塑料,主要有热塑性淀粉、生物纤维素、多糖类和聚氨基酸以及其共混改性、化学改性的产物;

    第二类为微生物发酵和化学合成共同参与得到的聚合物,如聚乳酸(PLA)等;

    第三类为由微生物直接合成的聚合物,如聚羟基烷酸酯(PHA)等;

    第四类为以上这些材料共混加工得到的或这些材料和其他化学合成的生物降解塑料共混加工得到的生物降解塑料。

     

    石化基生物降解塑料是指以化学合成的方法将石化产品单体聚合而得的塑料,如聚对苯二甲酸-己二酸丁二酯(PBAT)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、二氧化碳共聚物(PPC)、聚乙醇酸(PGA)等。

    3、生物降解塑料的规模化生产是否会导致粮食危机?

     

    A:目前,全球生物降解塑料的产能约为100万吨左右,年增长率约20%~30%,目前还是化石基来源的PBAT等生物降解塑料为主。这些塑料中以玉米淀粉为原料制备的生物降解塑料主要为聚乳酸,目前聚乳酸全球产能约为28万吨/年,表观消费量约为16万吨/年。即使按照一些报道中的聚乳酸产能建设在近几年都实现的话,利用玉米淀粉为原料制备的生物降解塑料也不过百万吨级左右,这对粮食还不会造成根本的影响。从近5年乃至更长时间内,发展生物降解塑料对粮食危机的影响程度是很低的。

     

    4、什么是可堆肥生物降解塑料?

     

    A:堆肥化是产生堆肥的一种需氧处理方法。可堆肥,是指在堆肥过程中材料被生物分解的能力。一种材料包括纸、塑料等,如宣称有堆肥能力,必须说明材料在堆肥化体系中(如标准试验方法所示)可生物分解和崩解,并且在堆肥终使用中是完全可生物分解的。堆肥必须符合相关的质量标准。质量标准如低重金属含量、无生物毒性、无明显可区分的残留物。

     

    5、工业化堆肥和家庭堆肥的区别?

     

    A:肥是混合物生物分解得到的有机土壤调节剂。该混合物主要由植物残余组成,有时也含有一些有机材料和一定的无机物。堆肥的原料可以是城乡的有机固体废弃物,如农业作物秸秆、农村养殖粪便、城市生活垃圾、厨余垃圾、市政污泥、食品工业废渣等。

     

    堆肥化,产生堆肥的一种处理方法,是利用自然界广泛存在的微生物,有控制地促进固体废物中可降解有机物转化成为稳定的腐殖质的生物化学过程。堆肥化根据微生物生长的过程及其是否给氧,可以分为好氧堆肥化和厌氧堆肥化,好氧堆肥化是在氧气存在下,有机物质分解的过程,终产物是CO2、H2O、热量和腐殖质,厌氧堆肥化是无氧条件下,厌氧微生物将有机物降解成CH4、CO2、H2O、热量和腐殖质。通常说的堆肥化是指好氧堆肥化。

     

    工业化堆肥是指在控制条件下,微生物对固体和半固体有机物质进行好氧中温或高温降解,产生稳定腐殖质的过程。一般周期为180天,但随着好氧堆肥技术变化,短时间也有到30天甚至更短。

     

    家庭堆肥是指在主要利用家庭厨余或园林垃圾,进行好氧堆肥,用于生产供自家使用的堆肥过程。家庭堆肥的时间较工业堆肥时间长,但一般长不超过一年。

     

    无论是工业化堆肥和家庭堆肥,其所处理的有机垃圾,应有以下特征:

    a) 生物分解性能(即材料原本的可生物分解性);

    b) 堆肥过程中的崩解性能;

    c) 不会对生物分解过程产生不利影响;

    d) 对终堆肥质量产生不利影响,如:有害元素超量。

     

    6、生物降解塑料只能堆肥化处置?

     

    A:这是不一定的。生物降解塑料能够在堆肥条件下生物降解,也能够在其他条件如厌氧消化装置生物降解,也能够在自然环境如土壤、海水等条件下生物降解,但具体和塑料的化学结构、制品的配方等以及降解环境条件有关系。笼统地说生物降解塑料只能堆肥化处置是不对的。

     

    像PHA、PBAT材料在海水、土壤、堆肥条件下都比较容易生物降解,而PLA在堆肥条件下比较容易生物降解,海水与土壤条件下降解周期或速度相对就会慢些。

     

    7、生物降解塑料在土壤里是否能完全降解?

     

    A:由于在自然界的土壤里,温度、水分、微生物等条件不可控,相比可堆肥化过程中条件受控的情况,其条件相对不可控。目前从生物降解地膜应用及其实验室和野外降解实验结果看,多数的生物降解塑料在野外土壤条件下是可以生物降解的,像PBAT、PHA、PCL、PBS等在正常气候条件下5个月埋土情况下可以完全降解,且对植物不会造成影响;像PLA材料降解相对较慢,时间较长,但其和PBAT等材料共混后,从实验结果看,也能在半年左右内被完全降解。

    8、在自然条件下,生物降解塑料降解时间多长?

     

    A:公众特别关注在自然条件下,生物降解塑料降解时间多长,确实是这样。但降解时间和自然条件及其塑料的结构与配方有关,不能一律概论。如果自然条件没有赋予微生物生长或生命活动的一些适宜条件,对生物降解塑料甚至是高分子如纸、秸秆、木头等来说,其降解也是会比较缓慢的,我们去郊外林地或山上时能看到一些沙土上的树枝、木头或纸很长时间内没有被环境降解的现象,也是这个道理。

     

    像PBAT材料制作的生物降解地膜在近5年全国的示范应用来看,快的时候4~5个月就能降解完全,在实际铺膜应用即使作物收割当时没有降解完全,但在翻耕后都能完全降解。

     

    像PHA、PBAT材料在海水、(25±3)℃条件下,约在30-60天就能完全降解。

     

    9、生物降解塑料的降解产物或降解后会不会造成次生环境危害?

     

    A:大家都特别关心生物降解塑料降解后的产物会不会对环境造成次生的危害,所以在对生物降解塑料的降解性能要求时增加了重金属含量的指标,进行了严格的要求。

    对可堆肥塑料其堆肥化后的堆肥进行了生态毒性试验包括植物毒性试验、蚯蚓毒性试验等。

    对土壤可降解的生物降解地膜除了降解性能、重金属含量规定外,在新的国际标准中对生态毒性等也进行了规定。

    因此,从目前看,符合标准要求的生物降解塑料其降解后对环境不会造成次生的危害。

     

    10、生物降解塑料是否能够回收?

     

    A:生物降解塑料其实是塑料中的一个特殊品种,其回收再利用和传统塑料是没有多大的区别,可以进行物理回收再利用,即熔融再生和再加工利用。

    只不过因为它具备了生物降解的特性,所以比传统塑料多了可以生物回收的途径(如堆肥化处置),在地膜中应用中可以不再进行回收等。另外,生物降解塑料的化学结构主要是以酯键为主的化学结构,易进行碱或酸或醇降解,从而比起传动塑料来可以进行化学回收,通过利用的单体回收办法进行物质回收再利用。

     

    11、生物降解塑料在垃圾分类和回收处置中的作用有哪些?

     

    A:生物降解塑料从其设计和使用意义角度来讲,在一次性制品及其使用后和有机垃圾混合情况下去生化处置情况下,或者是在像地膜制品使用后难以回收情况下,使用生物降解塑料其生物降解功能能体现的更加充分。

    但因为全球垃圾分类及其垃圾处置不是合理情况下,即使是欧美等发达国家在垃圾分类和处置非常规范情况下,总也会有一部分塑料包装会被无意或有意地释放到自然环境中,如果这部分制品能被用生物降解塑料替代,那么也可以降低环境污染的风险。

    因此,生物降解塑料的使用,也可以认为是避免塑料垃圾被无意释放到密闭垃圾系统外后对环境造成污染的一种预防性措施。另外,随着我国垃圾分类及其处置系统的完善,通过生物降解塑料垃圾袋的配方的调整,使其更加适合于城市有机生活垃圾生化处理的工艺,从而可以解决像目前居民小区在日常丢厨余垃圾桶时,需要主动进行破袋而带来个人卫生问题的苦恼了。

     

    12、填埋或焚烧生物降解塑料和传统塑料或传统有机垃圾有什么区别?

     

    A:有些报道中认为生物降解塑料比起传统塑料来在焚烧时会产生二恶英等次生危害。但生物降解塑料是传统塑料的一种,其聚合物结构上也没有氯元素等,焚烧时是不会有二恶英废气的。另外,生物降解塑料的聚酯结构,决定了其相比传统塑料如聚乙烯等,主链上有机碳含量更低,在焚烧时候更容易充分燃烧。焚烧处理时,生物降解塑料比传统塑料不会产生更多废气。

     

    另外,在填埋时担心生物降解塑料会释放更多有害气体,由于目前许多现代化的填埋场多数都会采用一些填埋过程中收集沼气来能量回收的装置,即使没有回收沼气也有相应的有机垃圾填埋后的沼气释放措施。在填埋场的垃圾中塑料的固体含量不到7%,且生物降解塑料目前的量也不到传统塑料的1%,因此,即使填埋也不会有更多影响填埋场的沼气的问题。

     

    13、建立降解塑料标准体系的重要性

     

    A:自生物降解塑料出现,对于其性能的质疑和概念的混淆就一直存在,主要是由于在其发展之初没有科学的测定方法和标准对产品进行约束和界定。

    如“生物降解塑料”、“生物基材料”、“可堆肥材料”三者的概念及关系就经常被人们混淆。

    生物基材料指的是由来自生物质的原料制备的塑料。但不是所有生物基材料都是可生物降解或可堆肥的,也不是所有可生物降解塑料都是生物基材料。

    生物降解塑料是指在自然界如土壤和/或沙土等条件下,和/或特定条件如堆肥化条件下或厌氧消化条件下或水性培养液中,由自然界存在的微生物作用引起降解,并终完全降解变成二氧化碳或/和甲烷、水及其所含元素的矿化无机盐以及新的生物质的塑料。

    而可堆肥材料还要求其后形成的堆肥中重金属含量、毒性试验、残留碎片等符合相关标准的规定。

    因此,生物降解检测方法与标准体系的建立就显得尤为重要,它不仅有助于产业的健康发展,促进市场快速形成,推动行业迅速成长,更有利于产品走向国际市场。

     

    14、降解塑料的标准体系,相关标准等情况如何?

     

    A:目前在生物降解检测与要求方法方面,ISO国际标准检测方法15项、可堆肥塑料要求1项,这16项标准中我国已等同转化10项,且未转化的国际标准主要是海水条件下的检测方法。

    在国际上被同行或像DIN CERTCO、BPI等认证机构认可的能够检验这些方法的检测实验室约15个,其中我国国内实验室主要是北京工商大学-国家塑料制品质量监督检验中心(北京)。由此也可见,在生物降解的检测与标准方面,我国并不落后,处于国际先进水平。

     

    15、公众对降解塑料的几种认识不足之处:

     

    认为生物降解塑料在空气或使用中会降解。

    部分消费者会误认为生物降解塑料在使用过程中或者空气中就会降解掉,因为生物降解塑料的降解需要温度、湿度和微生物这些适合的条件下才会发生微生物降解,所以在日常使用或保存期内是不会被生物降解的。

     

    认为生物降解在任意环境中会降解。

    生物降解塑料因为品种不同、化学结构不同,在不同条件下降解行为是不同的,另外降解也如上所述是需要一定的外部环境条件,因此,生物降解塑料也不是在任意环境就能降解,目前看,多数生物降解塑料在土壤、海水、堆肥等环境中,在温湿度合适条件下,会发生降解,会被微生物所分解。

     

    因此,建议生物降解塑料像传统塑料一样,在使用废弃后,能回收物理再利用的先回收再利用的,对不易回收或难回收的建议采用生物回收或化学回收。

     

    认为生物降解塑料只能堆肥。

    生物降解塑料的降解条件和环境可以是多种,在堆肥、土壤、河水、海水等环境下,在温湿度及其微生物适合情况下都可以发生降解,因此不仅仅是在堆肥条件下可以降解,也可以在土壤等条件下可以生物降解。但因为堆肥化是受控条件,相对来说,生物降解的过程更容易控制。


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