可降解母粒在我国的研究进展MicrosoftOfficeWord文档

可降解塑料的研究进展兰黄鲜（广西煤炭科学研究所，广西南宁523003）塑料因具有密度小、强度高和化学稳定性好,以及价格低廉等优点,不仅在我们日常生活中被普遍使用,而且已成为材料领域的四大支柱之一。但由于其在自然环境或垃圾场中难以降解、腐烂,因此带来严重的污染问题,如地下水体污染和土壤污染,动植物资源被破坏等环境问题,严重危害着人类的生存与健康，引起社会极大关注。使用可降解塑料是解决塑料污染的一个有效途径。降解塑料按照降解机理，大致分为光降解塑料、生物降解塑料和光-生物降解塑料。1、光降解塑料光降解塑料的降解机理是在塑料体系中引入光敏剂、促氧剂等物质,在光线、热等自然环境作用下,使高聚物的链被断裂,分子量下降从而被微生物吞噬消化,达到降解的日的。中国科学院上海有机化学研究所的黄根龙等[1]采用添加型技术路线制备一系列新的光降解母料并对其性能和应用进行了研究，结果表明,在加工和使用范围内,它们其有与普通较料及其薄膜制品同样的物理、力学性能和热氧稳定性等而薄膜制品在完成使用功能后,其光面达崩解期后,可降解成碎片,最终从地面消失。西安科技大学化学与化工系的沙保峰等[2]通过牵拉伸、热重(TG)及傅立叶变换红外光谱(FT-IR)测试,分析了3种可降解聚乙烯薄膜样品在人工加速老化实验过程中的光降解特性。结果表明,光照过程中母料在3种薄膜中发生引发反应,从而引入羰基。随着光照进行,薄膜的力学性能和热学性能下降。3种样品在第1周期(24h)后进入衰变期,在第3周期(光照时间72h)后进入脆变期。2、生物降解塑料生物降解塑料是在细菌、霉菌、藻类等自然界的微生物作用下可降解的塑料。理想的生物降解塑料在微生物作用下,能完全分解为CO2和H2O。研究发现,生物降解的实质是酶对塑料氧化、水解反应的作用,从而导致主链的断裂,相应降低相对分子质量,也失去原有的机械性能,更易于被微生物所摄取。国内外研究开发的生物降解塑料,大致可分为2种类型[3]；一是天然高分子型,如淀粉、纤维素、甲壳质等；二是化学合成型,如聚己内酯、聚乳酸、聚3-羟基丁酸酯等。化学合成型降解塑料由于价格昂贵等原因而限制了其应用范围。淀粉作为一种天然高分子,由于其价格低,可再生,生物降解性好等优点,使其成为目前研究最多和最有可能成为制备可降解塑料原材料的天然高分子聚合物。KiatkamJornwong[4]通过淀粉接枝聚丙烯酸,然后再将其和聚乙烯醇发生酯化反应制备了可生物降解的聚乙烯片材。天津大学的于九皋在淀粉和聚乙烯可降解塑料方面做了大量的工作。他首先研究了增容剂马来酸酐对淀粉和低密度聚乙烯相容性的影响[5],而后又在过氧化二异丙苯的存在下通过一步反应挤出法制备了热塑性淀粉和聚乙烯的混合物。由于在挤出过程中形成了聚乙烯接枝马来酸酐,从而使混合材料的各项性能得到了很大的改善[6-7]。这种热塑性的淀粉和聚乙烯混合物目前甚至可以通过传统的吹膜过程来制备可降解的塑料薄[8]。西南科技大学的黎先发等[9]以聚乙烯和可降解淀粉母料为原料共混在吹膜机中直接吹塑出淀粉可降解农膜。研究了复合农膜的力学性能、透光率及降解性能。结果表明可降解淀粉膜的透光率随淀粉含量的增加而逐渐降低。生物降解性实验显示其在半年降解率达30%。Griffin等人[10]用硅氧烷与淀粉和水混合干燥,再与自氧化剂和普通塑料共混挤出,制成降解塑料母粒。加拿大的St.Lawarnce淀粉公司采用此项技术工业化生产出Ecostar可降解塑料母粒。武汉华丽科技有限公司生产的淀粉基生物降解母料,淀粉含量可高达80%,且力学性能仍能达到一般塑料的使用标准,已开始商品化生产。日本的工业技术院生命工学工业技术研究所用淀粉和PE或PP掺混,制成了淀粉含量高达40%～85%的生物降解塑料,该塑料成本低,但机械强度也低[11]。德国把特尔研究所由改性淀粉和10%其它天然资源系添加剂共混制成的生物降解塑料[12],具有透明性和挠性,能用注塑、吹塑方法成型,在土中或水中数月即可分解。荷兰瓦赫宁根农业大学用小麦、玉米、马铃薯淀粉,掺入大麻纤维以提高强度,研制成了可生物降解塑料[13],这种材料能完全溶于水,并分解为CO2和H2O,可用作包装、涂层、垃圾袋、购物袋和农用地膜等。清华大学化工系高分子所的杨冬芝等[14]，以淀粉为原料,甘油为增塑剂制备了热塑性淀粉塑料。结果表明,某些配比的共混物拉伸强度可达到20MPa以上,断裂伸长率可达100%以上,此外,体系中添加少量疏水性聚β-羟基丁酸酯,提高了共混物的耐水性。该共混物具有加工工艺简单,易于工业化,组分可完全降解等优点,具有广阔的应用前景。南京林业大学的吴春华等[15]以芭蕉芋淀粉(ST)和聚乙烯醇(PVA)为原料,在甲醛、明胶、硼砂交联剂的作用下制备耐水性能良好的可生物降解的塑料薄膜。北京燕山石化公司塑料分公司的李彦东等[16]以化学降解法研制聚丙烯(PP)无纺布专用料,对PP粉料特性、降解剂母粒、加工工艺等因素对PP无纺布专用料流动性的影响进行了系统研究。结果表明,通过有效控制PP粉料质量、降解剂母粒加入量、挤出设备及工艺等条件,可生产质量稳定、可纺性高和流动性好的可控专用料。抚顺乙烯化工有限公司树脂研究所的李秀洁等[17]，研究聚丙烯高浓缩降解母料的生产控制方法。结果表明,采用有机过氧化物作降解剂,采取适当的控制工艺可以实现高浓缩母料的大批量生产。吴俊等人[18]用平均粒径3μm的微细化交联淀粉,经偶联剂处理,使其疏水性得到提高,再经多元醇进行塑化处理后与聚己内酶混合,制得完全生物降解塑料膜。3、光-生物降解塑料光-生物降解塑料是光降解技术与生物降解技术结合,一方面可以克服淀粉基塑料在非生物环境中难降解的问题,另一方面可利用光敏体系的复合配比、用量来实现降解时间人为控制的目的。福建省粮油科学技术研究所的黄身岐等[19]研究光生物降解塑料薄膜的光敏剂研制和生物降解专用料的超细活化与表面处理及双降解母粒薄膜的工业化生产，进行了微生物的试验，双降解膜物理机械性能与堆埋时间关系的试验，并进行了推广应用研究究，建立了独创的光-生物降解塑料配合体系，成功工业化生产光敏剂，光敏调节剂，超细活性淀粉和与可控光生物降解塑料母料，实现了可控光-生物降解塑料薄膜的工业化生产。鞍山市土肥站的沈宏等[20]研究了光和生物双降解地膜在光和生物的作用下自行降解,从根本上解决了农用地膜残留问题。兰州交通大学化学与生物工程学院刘再满等[21]采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、示差扫描量热(DSC)和气相色谱-质谱联用(GC-MS)等方法,研究了质量分数为35%的淀粉光/生物降解聚乙烯薄膜的光降解性能、产物结构及降解机理。结果表明,可通过光敏剂种类和用量调节薄膜的光降解速度。在光敏剂质量分数为12%～13%时制得的光/生物降解薄膜光降解性能较好。北京市塑料研究所的韩昌泰等[22]采用LDPE、LLDPE、HDPE等作为基础原料,并添加含有光敏剂、光氧稳定剂等组成的光降解体系和含有N1P1K等多种化学物质作为生物降解体系的浓缩母料,经挤出吹塑制可控降解地膜。该降解地膜不仅具备普通地膜的保温、保滴和力学性能；而且它可控性好,诱导期稳定,在曝晒的条件下,当年可降解成粉末状。4、结语随着科技的进步、人们环保意识的增强，资源、能源、环保相互协调、经济可持续发展将是人类发展的必然趋势。可降解塑料的发展,不但在一定程度上缓解了日益枯竭的能源问题，而且对减轻环境污染，实现经济可持续发展必走的途径。降解塑料的发展适应了人类可持续发展的要求,发展前景是美好的。而在我国可可降解塑料还未得到广泛的推广，主要原因有；一是价格高于普通塑料。二是技术水平不够成熟，可降解塑料的控制问题。塑料在自然界受微生物、光照度、温度、湿度、氧等多种条件的影响,可降解的时间难以根据需要得到有效的控制。三是降解不彻底,仍然会造成环境污染。因此要使可降解塑料成为广泛使用的材料,还需解决3个问题,即降低成本、寿命可控化与用后快速降解性和完全降解性。要达到上述目标,应加强对生物塑料降解的研究,并且根据不同用途及环境条件,通过分子设计、改进配方、开发可控性环境降解塑料,积极开发高效廉价光敏剂、氧化剂、生物诱发剂、降解促进剂和稳定剂等,进一步提高可降解塑料的准时可控性、用后快速降解性和完全降解性。相信随着科学技术的不断进步,这些问题都会得到解决。参考文献1、黄根龙，王文晖龚华等，光降解PE母料的制备和应用，现代塑料加工应用，1994，6（2）：6-122、沙保峰杜美利周安宁等，聚乙烯薄膜光降解过程特性研究，现代塑料加工应用，16（6）：4-63、翟羽伸.石油化工,1991,20(2):1304、SKiatkamjornwong,PThakeow,MSonsuk1Chemicalmodificationofcassavastarchfordegradablepolyethylenesheets[J].PolymDegradStab,2001,73:363～3755、SJWang,JGYu,JLYuInfluenceofmaleicanhydrideonthecompatibilityofthermalplasticizedstarchandlinearlowdensitypolyethylene[J].JApplPolymSic,2004,93:686～6956、SJWang,JGYu,JLYu1Compatiblethermoplasticstarchpolyethyleneblendsbyone2stepreactiveextrusion[J].PolymInt,2005,54:279～2857、SJWang,JGYu1JLYu1Preparationandcharacterizationofcompatiblethermoplasticstarch/polyethyleneblends[J].PolymDegradStab,2005,87:395～4018、SJWang,JGYu,JLYu1PreparationandCharacterizationofCompatibleandDegradableThermoplasticStarchPolyethyleneFilm[J].JPolymEnviron,2006,14:65～709.黎先发，周建淀粉基可降解农膜的性能研究广西轻工业，2007，101（4）：22-2310、Viikari,L.,Ranua,M.,Kantelinen,A.,Linko,M.andSundquist,J.Bleachingwithenzymes.In:BiotechnologyinthePulpandPaperIndustry[J].Proc.3rdInt.Conf.,Stockholm,1986:67-69.11、戈进杰.生物降解高分子材料及其应用[M].北京:化学工业出版社,2002:40-78.12、吴张永,陆冲,程树军,等.淀粉基生物降解塑料[J].塑料科技,2003,29(1):59-66.13、李勇.生物可降解聚氨酯材料研究进展[J].上海化工,1999,24(13):28-3014、杨冬芝,胡平，淀粉基生物可降解塑料的制备和表征，塑料，2004，34（4）：51-5515、吴春华,安鑫南,刘应隆，可生物降解的耐水性塑料薄膜的研制，南京林业大学学报(自然科学版)，2002，26（2）：49-5116、李彦东,柯扬船，化学降解法制备PP无纺布专用料，高分子材料科学与工程，2008，24,（5）：143-15017、李秀洁,李学军,黄松,聚丙烯高浓缩降解母料生产控制，辽宁化工,2002,31(5):191-19318、陈永平,廖建和,王志贤.木薯淀粉、纤维素接枝共聚物的合成及生物降解性能的研究[J].热带农业科学,1993(3):19-24.19、黄身岐，林本农，唐健玲，可控光、生物降解塑料薄膜工业化生产及应用研究，福建轻纺，2003，173（10）：2-920.沈宏,贵涛,陈德威等，光和生物双降解地膜在生产中应用试验研究辽宁农业职业技术