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生物降解塑料

2014年12月06日

生物降解塑料是指一类由自然界存在的微生物如细菌霉菌真菌)和藻类的作用而引起降解的塑料。理想的生物降解塑料是一种具有优良的使用性能、废弃后可被环境微生物完全分解、最终被无机化而成为自然界中碳素循环的一个组成部分的高分子材料。“纸”是一种典型的生物降解材料,而“合成塑料”则是典型的高分子材料。因此,生物降解塑料是兼有“纸”和“合成塑料”这两种材料性质的高分子材料。

定义编辑

生物降解塑料又可分为完全生物降解塑料和破坏性生物降解塑料两种。
淀粉基全生物降解塑料
破坏性生物降解塑料当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、纤维素、甲壳质)或农副产品经微生物发酵或合成具有生物降解性的高分子制得,如热塑性淀粉塑料、脂肪族聚酯、聚乳酸、淀粉/聚乙烯醇等均属这类塑料。
以淀粉等天然物质为基础的生物降解塑料目前主要包括以下几种产品:聚乳酸(PLA)、聚羟基烷酸酯(PHA)、淀粉塑料、生物工程塑料、生物通用塑料(聚烯烃和聚氯乙烯)[1] 。

2应用编辑

生物降解塑料由于具有良好的降解性,主要用作食物软硬包装材料,这也是现阶段其最大的应用领域。
生物降解塑料主要的目标市场是塑料包装薄膜、农用薄膜、一次性塑料袋和一次性塑料餐具。相比传统塑料包装材料,新型降解材料成本稍高。但是随着环保意识的增强,人们愿意为保护环境而使用价格稍高的新型降解材料,环保意识的增强给生物降解新材料行业带来了巨大的发展机遇。随着中国经济的发展,成功举办奥运会、世博会等多项震惊世界的大型活动,各世界文化遗产及国家级风景名胜所在地保护的需要,塑料造成的环境污染问题愈发被重视,各级政府已将治理白色污染列为重点工作之一。
欧、美、日等发达国家和地区相继制订和出台了有关法规,通过局部禁用、限用、强制收集以及收取污染税等措施限制不可降解塑料的使用,大力发展生物降解新材料,以保护环境、保护土壤,其中法国2005年即出台政策规定所有可拎一次性塑料袋在2010年后必须可生物降解。
同时,中国也陆续出台了多项政策鼓励生物降解塑料的应用和推广。2004年全国人大通过了《可再生能源法(草案)》和《固废法(修订)》,鼓励再生生物质能的利用和降解塑料的推广应用;2005年,国家发改委第40号文件明确鼓励生物降解塑料的使用和推广;2006年,国家发改委启动关于推广生物质生物降解材料发展的专项基金项目;2007年1月1日实施的《降解塑料的定义、分类、标识和降解性能要求》得到了欧洲、美国和日本等国的互认,为中国企业出口产品提供了便利。

3分类编辑

从原材料上分类,生物降解塑料至少有以下几种:
聚己内酯(PCL)
这种塑料具有良好的生物降解性,熔点是62℃。分解它的微生物广泛地分布在喜气或厌气条件下。作为可生物降解材料可把它与淀粉、纤维素类的材料混合在一起,或与乳酸聚合使用。
聚丁二酸丁二醇酯(PBS)及其共聚物
以PBS(熔点为114℃)为基础材料制造各种高分子量聚酯的技术已经达到工业化生产水平。日本三菱化学和昭和高分子公司已经开始工业化生产,规模在千吨左右。
中科院理化研究所也在进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经和山东汇盈公司合作建成了年产25000吨的PBS及其聚合物的生产线、广东金发公司建成了年产1000吨规模的生产线等。清华大学在安庆和兴化工有限公司建成了年产10000吨PBS及其共聚物的生产线。
聚乳酸(PLA)
美国Natureworks公司在完善聚乳酸生产工艺方面做了积极有效的工作,开发了将玉米中的葡萄糖发酵制取聚乳酸,年生产能力已达1.4万吨。日本UNITIKA公司,研发和生产了许多种制品,其中帆布、托盘、餐具等在日本爱知世博会被广泛使用。
中国产业化的有浙江海生生物降解塑料股份有限公司(规模5000千吨/年生产线),正在中试的单位有上海同杰良生物材料有限公司、江苏九鼎集团等。
聚羟基烷酸酯(PHA)
国外实现工业化生产的主要为美国和巴西等国。国内生产单位有宁波天安生物材料有限公司(规模2千吨/年),正在中试的单位有江苏南天集团股份有限公司、天津国韵生物科技有限公司等。
利用可再生资源得到的生物降解塑料,把脂肪族聚酯和淀粉混合在一起,生产可降解性塑料的技术也已经研究成功。在欧美国家,淀粉和脂肪族聚酯的共混物被广泛用来生产垃圾袋等产品。国际上规模最大、销售最好的是意大利的Novamont公司,其商品名为Mater-bi,公司的产品在欧洲和美国有较大量的应用。
国内研究和生产的单位很多,其中产业化的单位有武汉华丽科技有限公司(规模4万吨/年)、浙江华发生态科技有限公司(8千吨/年)、浙江天禾生态科技有限公司(5千吨/年)、福建百事达生物材料有限公司(规模2千吨/年)、肇庆华芳降解塑料有限公司(规模5千吨/年)等。
脂肪族芳香族共聚酯
德国BASF公司所制造的脂肪族芳香族无规共聚酯(Ecoflex),其单体为:己二酸、对苯二甲酸、1,4-丁二醇。生产能力在14万吨/年。同时开发了以聚酯和淀粉为主的生物降解塑料制品。
聚乙烯醇(PVA)类生物降解塑料
如意大利NOVMANT的MaterBi产品在上世纪90年代主要是在淀粉中加入PVA,它能吹膜,也能加工其它产品。聚乙烯醇类材料,需要经过一定的改性后方具有良好的生物降解性能,北京工商大学轻工业塑料加工应用研究所在这方面取得了一定成果。
二氧化碳共聚物
国外,最早研究二氧化碳共聚物的国家主要为日本和美国,但一直没有工业化生产。
3000吨全生物降解塑料
国内内蒙古蒙西集团公司采用长春应用化学研究所的技术,已建成年产3000吨二氧化碳/环氧化合物共聚物树脂的装置,产品主要应用在包装和医用材料上。中科院广州化学研究所陈立班博士开发的低分子量二氧化碳共聚物技术已在江苏泰兴开始投产,品种是低相对分子质量二氧化碳/环氧化合物共聚物,用来作为聚氨酯发泡材料的原材料,用于家用电器等的包装。河南天冠集团采用中山大学孟跃中教授的技术,已经建成中试规模的二氧化碳共聚物生产线,预计今年能中试生产。
其它如甲壳素、聚酰胺、聚天冬酸、聚糖、纤维素等均在研发之中。
聚-β-羟基丁酸酯(PHB)
从世界范围看,PHB及PHBV是公认的最有希望的生物降解塑料之一,也是正在开发的新产品。技术方的中试生产成本约40元人民币/公斤,工业化投产后产品的成本将会进一步降低,价格优势明显,尤其是技术方的生产工艺简单和设备简易,便 于推广并进行大规模生产。

4发展历程编辑

根据日本生物降解塑料研究会的资料,2002年日本生物降解塑料生产量约1万吨,2003年约2万吨,2005年约4万吨,到2010年预计达到10~20万吨左右。
根据欧洲生物塑料协会资料,2001年的数字显示,欧盟可生物降解产品的消费量为2.5~3万吨,而传统聚合物的用量高达3500万吨。欧洲生物塑料协会预计2010年传统聚合物的用量将达到5500万吨,而生物降解塑料的用量届时会达到50~100万吨。可生物降解材料最终可能会占据10%的市场份额。在生物降解材料中原料采用可再生资源的比例将占到90%以上。
按照中国塑协降解塑料专业委员会的统计,中国2003年生物降解材料的用量约15000吨,其中不添加淀粉的生物降解聚合物约1000吨。2005年从事生物降解塑料的企业约30家,生产能力6万吨/年,实际生产约3万吨,国内市场需求约5万吨,国外进口1万吨,出口2万吨。预计2010年产能将达到25万吨左右。
一些发达国家还以循环经济思想为指导,使用可降解一次性用具,如瑞典在20世纪80年代末就试制马铃薯和玉米制的一次性快餐盒,韩国用法律强制性规定使用用糯米做的牙签等。欧洲制定了有关可生物降解堆肥塑料的标准EN13432《利于堆肥和生物降解来回收的包装物试验和最终评价的要求》,而其他有关推进有机废弃物堆肥处理的政令在积极制订和准备中。美国政府从1996年起设置了总统绿色化学挑战奖,鼓励发展生物降解塑料产业。纽约州1989年开始禁止使用非生物降解蔬菜袋,对生产降解塑料的厂家给予补贴,并要求市民将可再生与不可再生垃圾分开,否则罚款500美元。
其他一些国家也采取了类似对策:印度已经立法禁止在奶制品行业使用塑料包装;南非法律已经全面禁止使用塑料包装袋。随着各国立法的发展,可生物降解的新型包装材料可望日益普及。
在中国,随着对降解塑料理解的加深,已充分认识到这种材料及其产业对中国可持续发展的战略作用。可生物降解塑料的普及应用已是众望所归。中国人大于2004年通过了《可再生能源法(草案)》和《固废法(修订)》,鼓励再生生物质能的利用和降解塑料推广应用。在国家发展和改革委员会2005年的40号文件中,也明确要鼓励生物降解塑料的使用和推广。2006年,国家发展和改革委员会又启动了关于推广生物质生物降解材料发展的专项基金项目。

5相关问题编辑

但是,尽管有关降解塑料的研究和报道较多,但许多具体问题不能解决,推广异常困难,前景不容乐观。原因是:一是因为可降解塑料袋承重能力低,不能满足顾客多装东西和反复使用的要求;二是可降解塑料袋色泽暗淡发黄,透明度低,给人一种不够清洁和难看之感,用起来不放心;三是价格偏高,由于商家是免费赠送,所以成本难以接受。
又如,为解决EPS快餐饭盒对环境的污染问题。试图用纸饭盒或可降解塑料饭盒代替。但是由于存在下述原因,极难推广:一是EPS强度高、质轻、保温性好;二是纸饭盒价格是EPS的1.5~2.5倍;三是即使采用降解PP饭盒,其性能也比不上EPS。中国有关部门要求使用植物纤维制作一次性餐具代替EPS。然而,由于在这种植物纤维餐具的成型过程中使用了高分子热溶胶,所以仍然存在处理问题及残留在植物纤维餐具中的农药含量控制问题。
因此,开发研究降解塑料仍有很长的路要走。生物降解塑料产业发展正面临五大难题。第一是技术不够成熟,降解塑料制品的性能还无法完全满足各种消费需求。尽管市场上已有的生物降解塑料品种众多,但每种材料本身的机械和加工性能只在某一方面突出,综合性能还存在这样或那样的不足。目前国内在降解塑料制品加工研究方面的力量尚显薄弱,大部分企业将关注的重点集中在材料合成上,忽略了制品加工开发,一些生物降解塑料制成的餐饮用具在耐热、耐水及机械强度方面与传统塑料制品相差较远。
第二是成本问题。生物降解塑料产品的价格尚难与石油基产品竞争,这就需要通过技术进步不断降低生产成本和产品价格。
第三是缺乏有力的政策或法律法规支撑。在国外,政府通过设立专项发展基金、税收优惠等政策支持生物降解塑料产业发展,目前中国在这方面的支持力度逐渐加强,宏观政策支持也越
绿色生物降解塑料展示
来越多,但缺少细则,不利于生产型企业的发展。 第四是企业资金不足和融资难问题。中国生物降解塑料企业规模还不够大,而生物降解塑料行业回报周期又超出了预期设计,产生了企业资金不足和融资难问题。
第五是评价体系尚不完善。生物降解塑料是新兴产业,许多材料及制品开发出来后,没有自己的产品标准,给贸易带来许多不便和纠纷。中国虽然早期由全国塑料制品标准化技术委员会专门成立了生物质和生物降解塑料工作组,2008年国家标准委又成立了全国生物基材料及降解塑料相关标准制定机构,但由于经费支持不够,相关工作进展缓慢。
为此,与会专家建议,国家要在法律上明确生物降解塑料在现代循环经济体系中的地位和重要性,在政策上给予大力支持,对生物降解塑料制品的应用和发展采取补贴政策,在税收上细化优惠措施,并设立国家专项发展基金,引导各种资金进入,以推动降解塑料产业发展。
专家还建议政府有关部门协助企业和科研机构技术创新,推动成熟技术的研发和推广;积极开发廉价且来源广泛的原料,使用成熟技术和加工工艺;对微生物合成塑料,要积极寻找高效的菌种和低成本培养基,开发最佳发酵工艺和成型工艺设备,将生产成本降低;加强在生物降解塑料标准、测试技术等方面的投入,完善产品标准。
此外,从应用领域考虑,对不可回收的医用塑料制品、垃圾袋、堆肥袋、农药瓶、化妆品容器等一次性塑料制品,可采取食用淀粉或无机矿物质填充的方法,开发高质量、价格更加低廉的完全生物降解塑料制品。

6具体措施编辑

加快产品应用研发和产业化
生物降解塑料制品的性能还无法完全满足消费者需求,尽管市场上已有的品种众多,但每种材料本身的机械和加工性能只是某一方面有突出的特性,综合性能还存在这样或那样的不足,这一点将是制约其市场应用推广的瓶颈之一。在开发生物降解塑料制品的同时,国内企业应该注意加快有自主知识产权、创新型产品和用途的开发。由于,国外对生物降解塑料制品研发和生产应用相对较早,已经申请了许多专利,从而给国内企业开发新产品时,造成了一定的技术壁垒。拿聚乳酸的专利来举例子,2005年,国外有关聚乳酸专利有1700多项,而中国公开的专利只有145项,而其中还有一半以上是国外公司的专利。因此,国内企业应该加强有自主知识产权的产品的开发。
加强制品加工开发研究
其次是目前国内从事制品加工研究的力量尚显薄弱,大部分企业将关注的重点集中在材料合成上,而忽略了制品加工开发,一些生物降解塑料做成的餐饮具在耐热、耐水及机械强度方面与传统塑料制品相差较远,而这一点恰恰是生物降解塑料能否大规模市场化的关键。
完善垃圾回收处理体系
缺乏配套完善的回收处理体系也制约着产品进一步推广。所以一定要对降解塑料进行明确标识,再加以回收。能再利用的,收集后再进行成型加工成制品;对不能再利用的要考虑合理处理的办法。针对传统塑料添加淀粉等再生资源的降解塑料,可以采用热能回收的垃圾处理系统。对生物降解塑料,可着重考虑堆肥的处理办法。
加快制订相关政策和法规
1.专项资金支持
对生物降解塑料制品的应用和发展采取补贴政策,包括中央政府补贴和地方政府补贴。中央财政可通过科技攻关资金、贴息等进行补贴,如奥运一次性生物降解塑料制品示范和推广工作等。
国家可以考虑对利用生物质原料生产生物降解塑料的企业采用低息贷款政策、技术改造专项贷款、信用担保政策等来鼓励产业发展。
2.税收政策
没有关于生物降解塑料的产品进口采用低税率的明文规定,为促进行业发展应该制定关税优惠税率。
为鼓励和扶持一些企业的发展,可以按照新的企业所得税条例规定减免优惠政策,如:一是民族区域自治地方的企业需要照顾和鼓励的,经省级人民政府批准,可以实行定期减免和免税;二是法律
淀粉基全生物降解塑料吹膜级
、行政法规和国务院有关规定给予减税免税的企业依照规定执行。
3.对传统塑料加强回收再利用,增收回收税
国外对塑料制品使用后的回收再利用非常重视,如根据欧盟委员会修订过的指导性法律,欧盟成员国应在2008年至2015年间将本国包装垃圾的再利用率提高到55%以上,其中玻璃包装再利用率达到60%,金属包装达到50%,塑料包装达到22.5%,木制包装达到15%。欧盟委员会指出,2001年,仅包装垃圾再利用一项就使欧盟二氧化碳气体排放减少了0.6%,这表明提高包装垃圾再利用率不但可以减少包装材料对能源的消耗,节约建设焚烧处理场的费用,而且可以降低包装材料生产过程对环境的污染,对减少温室气体排放、保护环境是一个非常切实有效的措施。因此必须加强传统塑料强制回收工作。而对回收成本较高的一次性的塑料包装制品,加收10%~100%的回收税。对不能回收的一次性塑料包装制品,规定必须使用可生物降解塑料。
对传统塑料一次性用品进行征税国外很早就有先例。2002年3月,爱尔兰政府开始征收塑料袋增值税,根据爱尔兰政府的规定,顾客在市场上购物时,每使用一个塑料袋将征收15欧分的税款。爱尔兰使用塑料袋的数量却是惊人的,每年免费发放给购物者的塑料袋高达12亿个,加起来重达1.4万吨。平摊下来,每人平均一年大约要消费325个塑料袋。塑料袋增值税生效后一个月内,塑料袋的消费就骤减90%以上。
4.适当限制某些传统塑料制作的一次性非降解包装产品
适当限制甚至分期分批禁止某些传统塑料制作的一次性非降解包装产品,如一次性垃圾袋、购物袋、日用品外包装、一次性快餐具、一次性塑料杯、一次性食品包装容器、一次性食品包装膜、一次性工业包装等。
5.分期分批推广降解塑料
按照行业生产能力和制品生产技术,逐步推进降解塑料的推广进度。在2010年以前,以推动生物降解塑料为主线,辅以淀粉等天然材料共混传统塑料的产品,对这两类产品分别给予政策支持,但前者力度要大于后者。在2010年以后,全面推广生物降解塑料,对淀粉添加传统塑料类型制品不再享受优惠政策。
6.加强行业协会桥梁作用
加强中国塑料加工工业协会降解塑料专业委员会的行业桥梁作用,给与行业协会资金支持,利用行业协会加强对企业投资、生产方向、产品定位等的引导,促进行业内外交流,促进国内外交流和贸易,以及充分的政策调研和行业统计工作等


来源:浙江怡佳环保科技有限公司
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