淀粉塑料发展趋势
2006-07-11 09:47:32.0 来源：江西省科学院 邱贤华 责编：中华印刷包装网
摘 要 降解塑料发展迅速，经历了一段开发过程后，人们终于认识到只有开发真正可降解的塑料才能对环境友好，造福人类。文中简述了目前国内外淀粉塑料发展现状，并对各种淀粉塑料的优缺点进行分析，指出了其发展前景将是十分广阔的。
关键词 降解塑料；淀粉塑料；微生物；完全生物降解
The Developing Trend of Starch-Plastics
ABSTRACT It is recognized that only developing real degradable plastics can make environment safe and people happy after a quick developing process. The present developing states of starch-plastics in our country and abroad were described. The advantage and disavantage of all sorts of starch-plastics were analyzed and their splendid future was pointed out.
KEYWORDS degradable plastics;starch-plastics; microorganism; full biodegradation
塑料是应用最广泛的材料，1998年世界塑料产量约1.5亿t，我国1999年的塑料制品产量预计在1 100～1 200万t 之间［1］。如此庞大的难降解的“白色污染”物严重污染环境；另外石油资源越用越少，据报道全世界的石油只能用40年［2］，因而寻找新的对环境友好的塑料原料，发展非石油基聚合物迫在眉睫。70年代以来，欧美和日本等国科学家提出了降解塑料概念，近30年来开发了一系列降解塑料产品，其中淀粉基塑料约占2/3。90年代后，经过反复争论和多年实践，下面的问题已达成共识：
(1)淀粉作为开发具有生物降解性塑料的潜在优势在于：淀粉在各种环境中都具备完全的生物降解能力；塑料中的淀粉分子降解或灰化后，形成二氧化碳气体，不对土壤或空气产生毒害；采取适当的工艺使淀粉热塑性化后可达到用于制造塑料材料的机械性能；淀粉是可再生资源，取之不绝，开拓淀粉的利用有利于农村经济发展。
(2)80年代风行一时的填充淀粉塑料(含淀粉量7%～30%)虽然发展到每年生产几亿千克，但由于不能完全降解，对解决污染意义不大。加上填充型淀粉塑料价格比传统塑料高，回收又更不利，因而国外已将它定为淘汰型［3～6］。
(3)所谓降解塑料就必需在废弃后能短期百分之百降解为无害物质，如生成CO2和水，否则就无推广意义了。
1 国外淀粉塑料现状
美国发展淀粉塑料不仅为解决白色污染，而且也希望减少对进口石油的依赖和节省石油，开辟玉米淀粉的应用途径。在美国每年玉米总产量高达数亿t，大大超过国内市场需求量，且玉米淀粉售价低，所以全国玉米种植者协会和国防部拨巨款资助淀粉塑料推广应用计划［5，6］。
真正能完全降解的塑料，目前有三类：
聚合型光降解塑料。如美国DOW化学公司、杜邦公司和联合碳化物公司等生产的乙烯/一氧化碳共聚物、乙烯/乙烯基酮共聚物等。
聚合型生物降解塑料。利用发酵和合成方法制备，可分为生化合成和化学合成两种，如聚乳酸(PLA)、聚己内酯(PCL)、聚羟基丁、戊酸酯(PHBV)；脂肪族聚脂(Bionol)等，已制成洗发精瓶子、薄片、渔网及海军专用易拉罐［14～22］。
全淀粉塑料。含淀粉在90%以上，添加的其他组份也是能完全降解的，目前已有日本住友商事公司、美国Wamer-Lamber公司、意大利Ferrizz公司等宣称研究成功含淀粉量在90%～100%的全淀粉塑料，在(1月～1年)完全生物降解而不留任何痕迹，无污染，可用于制造各种容器、瓶罐、薄膜和垃圾袋等［7～12］。
全淀粉塑料的生产原理是使淀粉分子变构而无序化，形成了具有热塑性能的淀粉树脂，因此又称为热塑性淀粉塑料。其成型加工可沿用传统的塑料加工设备。人们预计，今后发展的重点应是全淀粉热塑性塑料［6～13］。
2 国内淀粉塑料现状
80年代初，光降解塑料由中科院上海有机化学研究所等单位研究成功，在新疆等地试用，但因价格较同类塑料制品高；只能在光照下才能降解，受地理环境、气候制约性很大；且降解的准确时控性难度大；埋地部分和进入垃圾填埋系统不能降解等问题，故大面积推广应用受到一定限制［12］。
我国淀粉塑料首先由江西省科学院研究成功［13］，现在参予研究的高等学校、科研院所及企业有六十多家，生产厂家(或生产线)已有上百家，生产能力估计达50～60万t，其中有十多家是从国外引进的。
众多产品问世后，政府及各方面大力支持，国家环保局已公布了“降解塑料包装制品”环境标志产品技术要求、由轻工总会有关单位牵头成立了“中国降解塑料研究会”，中央电视台等各大传媒也大力宣传这一类新产品问世，且呼吁人们使用等等。似乎塑料污染难题只要大量生产就解决了，有些刊物甚至认为我国在这方面处于国际领先水平，因而导致厂家一哄而上，且还有蔓延之势［12，17～19］。
然而，我们必须清醒地认识到，开发降解塑料虽然可能是解决现行塑料发展难题的途径之一，但是迄今为止，从综合性能和成本考虑，所有的降解材料均无法取代现行塑料，有些品种如填充型淀粉塑料等根本不具备生命力。遗憾的是，我国目前已投产的绝大多数恰恰属于这类品种。
(1)降解性能。纵观国内外有关降解塑料的文献资料，尚未查到有一例报道填充型淀粉塑料能完全降解的。部分失重、裂成碎片、菌落生长和力学性能降低等均不能说明产品消失了，其中的PE、PVC等均不可能降解而一直残留于土壤中，日积月累当然会造成污染，因此国外将此类产品归属为淘汰型。
另外，就目前我国使用的降解塑料产品而言并没有解决环境景观污染问题，如铁道上推广的双降解聚丙烯快餐盒丢弃铁道两旁也不会快速降解(一个月以内)，而且由于聚丙烯快餐盒单位重量比聚苯乙烯泡沫快餐盒高1～2倍，就垃圾量而言，聚丙烯快餐盒的废弃量也高1～2倍，使用成本当然也高了［12］。
因此，就“降解”而言，国内目前生产的降解塑料品种大多是无意义的。
(2)价格。国内外普遍承认，降解塑料比同类现行塑料产品的价格高15%以上，其中能完全降解的高4～8倍。据日本最新报道，生物降解塑料的目标成本每千克为200日元(约合人民币16元)，为聚乙烯的一倍，而降解和力学性能较好的PCL和淀粉共混塑料每千克为380日元(约合人民币30元)［23，27］。而我国在铁路上推广的降解聚丙烯快餐盒比原用的聚苯乙烯泡沫快餐盒高50%～80%。
至于农地膜，目前现行塑料地膜已有多种超薄地膜，规格可薄至0.004～0.008 mm，因此每亩只需复盖1～2 kg，而淀粉由于分子粒径较大及有关工艺问题，所制成的地膜厚度一般在0.02 mm以上，每亩复盖量比现行塑料膜多几倍，故不仅其出厂价要高，且其使用成本也要高得多，难以为广大农民接受。
(3)使用性能。国内外公布的各种品牌淀粉塑料力学性能一般可以和同类应用的现行塑料相比，但其使用性能往往不如人意，其主要缺点之一是凡含淀粉的降解塑料耐水性都不好，湿强度差，一遇水则力学性能大降，而耐水性恰恰是现行塑料在使用过程中表现的优点；另外在不同行业使用时也产生不同问题，如在铁道上推广的光/生物降解聚丙烯快餐盒与现用聚苯乙烯泡沫餐盒相比，实用性较差，质软、热装食品易变形，且资源耗费大，以每个餐盒计，重量比聚苯乙烯泡沫塑料餐盒重1～2倍。
综上所述，目前我国的降解塑料主要是淀粉填充型，并不具有大量推广的能力，无法代替现行塑料。我们不应走国外已走不通的老路。
3 展望
我们也应看到，生物降解塑料的潜在市场是巨大的，目前适于使用降解塑料的包装、农用制品及一次性塑料用品约占塑料总产量的30%，全世界降解塑料市场估计为4 000万t，我国则为300万t，因而大家都希望完全降解塑料尽快工业化生产。
国内外众多科学家仍在不断努力，随着技术不断进步，现在已有多种完全降解的降解塑料问世，而且在进一步完善，而国内则研究甚少，有些还是空白，我们必须加强对真正完全降解的塑料研究。
阻碍它发展的首要问题是成本。就目前问世的完全降解塑料品种而言，成本降低可能性最大的要数全淀粉塑料，因为不管如何，它所需的原料淀粉是可再生资源，其单位价格远比传统塑料原料低，更不说与现在合成的可降解树脂比了。
随着产量递增其成本也会下降，美国塑料协会1995年发表了一组有趣数字，随着降解塑料的生产量递增，其平均成本将大幅度下降，如表1。
表1 生物降解塑料产量及成本展望
年产量/t 售价/元·kg-1
1000 62.4
10000 31.4
100000 12.6～18.8
随着研究深入，全淀粉塑料与一般塑料价格相当或略高是完全可能的［9，10，15］。
其次是性能问题，我们所制备的样品经测试已达到同类应用现行塑料的国家标准，其薄膜力学性能如下：密度1.15 g/ml，厚度0.4 mm，光泽度80%，拉伸强度7～10 MPa，断裂伸长率180%，撕裂强度33 N/mm。
从我们及Ferrizz公司所制成的样品看来，全淀粉热塑性塑料在某些领域中已可能应用，特别是一次性制品由于要求不高其价格可能下降，现正在进一步测试及收集使用后各项有关数据，相信在不久的将来，真正完全生物降解的全淀粉热塑性塑料制品将在塑料应用中占有一席之地，为清除塑料造成的污染和发展农村经济作出应有的贡献，造福人类。
邱贤华，男，1968年，助理研究员，环境化学；江西省南昌市上坊路邮政所100信箱粮油深加工及食品
参考文献
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8，松本喜代.合成树脂(日),1995(8)：42
9，刘绍荣.“′95日本生物降解塑料与废弃物处理环境国际会议报告摘要”.降解塑料通讯，1995(4)：33
10，Anon Modern Plastics, 1996,73(1):95
11，Anon Chem Week, 1997,38:3
12，唐赛珍.降解塑料通讯，1996(2)：3，58
13，Anon Plast Technol, 1997,43(6):16
14，Anon Jpn Chem Week, 1998,39(1970):1
15，Anon Nikket Wkly, 1997,35(1797):6
16，Anon Plast Technol, 1997,43(11):9
17，杨惠娣.中国塑料，1996，10(4)：1
18，吴勇.塑料加工，1995，24(3)：18
19，化工部合成树脂及塑料工业信息总站.塑料工业，1996，24(3)：59
20，产经新闻(日)，1995，3，2
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