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最严“限塑令”带来新机遇 可降解材料的未来有
作者:凤凰游戏    发布时间:2021-02-15 09:12    点击次数:次   

  走进各大商场,曾经可以付费购买的塑料袋消失了踪影,环保袋取而代之,成为人手一只的畅销品。不少连锁咖啡、奶茶店将塑料吸管替换成了纸吸管的同时,却也带来了强度低、易吸湿等缺点。一时间,“用纸吸管喝奶茶有多难”成为了热门话题,甚至有网友针对不同品牌使用的纸吸管进行了测评,分享个人“食用”体验。

  塑料自发明以来,给人类的衣食住行带来了巨大的进步,在家用电器、包装材料、建筑设施、医疗器械等领域都有着广泛的应用。但由于其降解缓慢甚至不能降解,“白色污染”问题日渐成为全球生态环境的不可承受之重。

  那么是否能够开发一种可以代替塑料的新材料,打破环境污染的困扰,摆脱生态破坏的“枷锁”?可降解材料有哪些前沿进展?日前,记者专访了我省材料领域的专家学者,带你一窥其中的奥秘。

  走进杭州师范大学材料与化工学院教授李勇进的办公室,桌上放着的一大袋吸管吸引了记者。“这个是完全可生物降解的吸管。”李勇进拿出一根斜口粗吸管捏了捏:“戳破奶茶盖完全没有问题,还能耐80℃高温,不会喝着喝着就变形。”

  李勇进告诉记者,这种吸管是用一种叫聚乳酸的材料制作的,原料是从玉米、马铃薯等生物质中提取的淀粉。淀粉发酵后产生了乳酸,乳酸再经过一定的化学变化就形成了聚乳酸。使用完后,聚乳酸在堆肥状态下又能完全降解成为水和二氧化碳。因而,聚乳酸是一种完全生命周期的可降解、可循环的材料。

  理想的生物可降解材料是这样一种高分子材料,它使用性能优良、废弃后可被环境微生物完全分解、最终回归大自然生态循环系统。可能不少人以为,可降解材料掩埋在自然环境中几个星期后就会无影无踪。李勇进指出,可降解材料的分解同样需要时间和条件,但相较于一般塑料完全降解上百年的时长,可降解塑料的降解效率要高得多。

  作为一种新型高分子材料,聚乳酸大多应用在包装、一次性薄膜上,也可以作为工程塑料使用在汽车、电器制造上,甚至也可以应用于医疗领域,目前有不少厂家正以聚乳酸作为熔喷布的原料,制作口罩。

  “我今天穿的衣服就是用聚乳酸纤维做的,很舒适。” 李勇进指着自己的领子说,“在传统塑料使用的所有领域,它都有发挥本领的空间。”

  材料虽好,推广却困难重重。原因之一在于聚乳酸本身的耐热温度不是很高。李勇进举例,两年前安徽丰原集团就曾因聚乳酸的耐热问题请教他——他们发现吸塑过程中,当温度达到70℃,聚乳酸变形十分严重,良品率仅有30%。

  高居不下的成本也是聚乳酸制品推广缓慢的原因。记者了解到,传统塑料制品的主要原料聚乙烯,市场上一吨的价格在1万元左右。尽管聚乳酸属于较便宜的可生物降解材料,目前的成本也要3万元每吨。

  当前,“生产成本”和“限塑令”的双重压力让市场上出现不少“歪路子”的伪可降解制品。李勇进说,伪可降解制品中70%左右是聚乙烯、聚丙烯等传统塑料原料,加入了30%左右的淀粉和一点光敏剂。制品废弃之后,在微生物、光等环境的作用下,淀粉虽然成功降解,但70%的聚乙烯仍然残留,而且会变成碎片,更难处理。

  李勇进提醒,在日常生活中,分辨真伪可降解制品的一大要素就是“可降解塑料制品标识”,去年9月,中国轻工业联合会制定并发布了《可降解塑料制品的分类与标识规范指南》,其中规定了可降解塑料“双j” 字样的图形标识。

  常见的一次性饭盒、一次性餐具、一次性塑料袋……在杭州市化工研究院的展览厅,这些可降解材料制品的外观看上去,和我们平日使用的传统塑料产品别无二致。

  杭州市化工研究院院长姚献平如数家珍: “这些产品都是由淀粉衍生物和纳米纤维素相结合制成的。与其他只能部分降解的产品不同,它们在自然环境中6个月左右就可全部降解,彻底回归大自然,实现对环境的零污染。”

  姚献平介绍,他研究的纳米纤维素是具有一维尺寸小于100纳米的微细纤维,粗细只有头发丝的两万分之一。可别被它“身轻体细”的表面迷惑了,这种生物材料的重量仅为钢材重量的五分之一,但强度却是其5倍。它还具有与玻璃纤维类似的低热膨胀系数,应用范围十分广泛。

  “纳米纤维素的原料非常丰富,从理论上来说,所有植物的纤维素都能成为它的素材。”姚献平说,纳米纤维素主要由树木、废木材、植物和废纸等天然生物质制成,由于其原始成分,该材料是可回收和可生物降解的。因此,纳米纤维素可以与淀粉衍生物、生物降解高分子材料等相结合用来开发全降解生物质新材料,替代难以降解、会对环境造成严重污染的一次性塑料。

  “实验发现,纳米纤维素天然无毒且具有优良的阻隔性能,可以用来制备食品用防油纸和一次性纸餐具。在它的包裹下,氧气和水蒸气进不去、出不来,在食品保鲜方面也能大放异彩。”姚献平说。

  此外,纳米纤维素还具有轻质高强、生物相容性好等特点。借助这些特性,可用于汽车、飞机等交通工具高强轻量化材料,还可作为化妆品营养物的导入材料以及生物医学材料。几年前,德国通过3D打印技术,利用木质纳米纤维素,制成了移植用的人造耳朵。这种人造耳朵可为先天性耳廓畸形儿童重建耳廓,使畸形耳朵得以补救,而且不会影响听力。

  目前,姚献平团队在华南理工大学、杭州机电设计研究院等专家团队合作下,已建成国内首条100kg/d微纳米纤维素的中试线,已在纳米纤维素绿色、低成本、连续化制备关键技术上取得重大突破。

  姚献平告诉记者,零水分的纳米纤维素,国际市场上每吨价格在100万元人民币以上,等中试线成熟、产业线大量投入以后,团队有信心将成本降到10万元以下。

  “现阶段全世界这项新材料的研究也是起步不久,造价成本高,市场能否接受还是一个问题,但是通过联合技术攻关,我们有信心赶上世界先进水平。”姚献平满怀自信。

  近年来,科学家陆续在地球上人迹罕至的环境里发现了“白色垃圾”的痕迹。2019年,有探险家在马里亚纳海沟的底部10927米处“巧遇”塑料垃圾。这个人类能达到的地球最深处,也遭到了“白色垃圾”的入侵。

  有学者认为,若干年后,海洋中的塑料垃圾可能会与海洋中的鱼类一样多。由于塑料垃圾无处不在,人类已难以在地球上找到不被污染的净土。

  公开资料显示,全世界每年大约生产3.7亿吨塑料,相当于250万只蓝鲸的重量,其中90%以上的产品都没有回收利用。2020年由自然资源保护协会和北京石油化工学院发布的《中国塑料的环境足迹评估》指出,截至2019年,全国初级形态塑料产量累计已超过10亿吨,我国现已成为全球最大的塑料生产国与消费国。

  与“白色污染”相比,微塑料的粒径范围从几微米到几毫米,是形状多样的非均匀塑料颗粒混合体,肉眼往往难以分辨,有学者曾形象地将它与“PM2.5”做类比。

  目前,对微塑料污染的研究大多集中海洋环境中,发现在海底和一些深海海域有着高浓度的微塑料,同时也有越来越多的证据表明它们会对海洋物种的健康产生影响。

  浙江工业大学材料科学与工程学院高分子材料研究所教授冯杰认为,广义的微塑料离我们并不远,从化纤织物磨损后掉落的碎屑、部分膏状化妆品添加物,到马路上轮胎的磨损,都可能含有或形成微塑料。微塑料危害程度要看具体尺寸和进入人体的途径,如果口腔不小心摄入微米级微塑料,因为颗粒较大,不能通过人体的小肠绒毛进入血液,它应该会被排出体外。但是,口腔摄入纳米级的微塑料就会产生潜在危害。纳米级甚至微米的微塑料能够进入呼吸系统,并可能在肺泡中产生残留,形成炎症,最终导致呼吸问题。

  在李勇进看来,“禁塑”的目的在于教会人们如何使用塑料袋。他认为:“都说人工合成的塑料是20世纪最重要也是最差的发明,但我认为它一定是最好的发明。如果能做到尽量少用、重复利用和可回收,‘白色污染’是可以避免的。”

  “禁塑不是要让塑料制品离开我们的生活,而且避免用过即弃这样的使用习惯。”浙江省塑料工程学会秘书长陈思表示,如今我省可降解材料的产能在逐渐上升,市场占有率也越来越高,大家还是非常乐意接受可降解材料的。

  冯杰提醒:“目前至少有5%-10%的塑料袋是没有回收的,如果使用传统塑料袋就会对环境造成不可逆影响,这是国家推广使用可生物降解塑料的主要原因。即使我们使用了可生物降解的塑料袋还是不能乱丢,要进行分类并回收处理。可降解塑料袋一旦进入水系,很难讲其降解过程不会对水生动物产生负面影响,这些都值得深入研究。”


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