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想不想知道专家们对可降解怎么看?

4月10日,中科院化学所张军研究员与清华大学郭宝华教授受邀参加央视《透视新科技》访谈,对普通塑料产生污染的原因、塑料回收的难点、降解塑料性能与结构,对动植物的影响、成本控制、应用前景做了一系列深入探讨。
 
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传统塑料污染解决方案
 
郭宝华教授表示,因为普通塑料质轻、可加工性能好、热熔低、能耗低、 安全无毒,成本低、使用方便舒适等特点,成为有效替代普通的玻璃、陶瓷、钢铁以及纸张材料的替代品,普通塑料因此而被过度使用与丢弃。普通塑料因分子量高达几十万,不能直接被微生物吞噬,在自然环境中要经过上百年的时间才能逐渐降解成小分子,最终被微生物分解成二氧化碳与水,如果是丢弃在海洋中,被分解的时间会更长,要四五百年才能降解。
 
既然如此,能否通过回收来解决塑料污染的问题呢?张军研究员表示,回收是很好的措施,有些专门的塑料可以不通过分检,然而回收不能解决所有的塑料污染的问题,比如一次性的塑料制品,回收是需要繁琐的处理,回收产生的成本生产超过了塑料本身的价值,对于一次性塑料制品,直接使用生物降解塑料是终极手段。
 
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普通塑料降解难,回收难,科学家们一直在研发讲解新材料
 
张军研究员表示,传统塑料在结构上为简单的碳氢结构,分子量巨大,塑料袋的常用材料聚乙烯分子量常超过几十万,结构稳定,但难以被微生物降解,随意丢弃容易污染环境。而生物降解塑料在结构上与传统塑料的碳氢结构有较大区别,多包含各类杂原子(氧、氮),能够被微生物消化分解。


郭宝华教授表示,如目前合成的可降解高分子材料,大量存在酯键,在有水存在的条件下可以水解,或者被微生物消化利用,最终被分解为小分子,不会污染环境,这个降解过程不长,是可以接受的。科学家们很早就意识到传统塑料的难降解产生污染的问题,也一直在寻找塑料降解的解决方案。从普通的合成塑料到光降解塑料,又到氧化降解塑料,最后到近年来研发出的生物降解塑料,才真正解决了塑料降解的难题。


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生物降解塑料的研究成果
 
关于生物降解塑料的研究成果,张军研究员表示它包括天然高分子塑料与合成高分子塑料。天然高分子的加工相对困难,如在纤维素的加工过程中,由于分子间的氢键较强,需要用到大量的化学品,消耗大量能源。
 
目前,科学家常采用化学溶剂,将纤维素溶解后再制造和合成高分子。另外纤维素高出同类塑料两三倍的价格也是限制其使用的重要因素,成本阻碍了纤维素对传统塑料的大量替代,但是天然高分子拥有天然抗静电等独特的性能,是常规的材料不可替代的。郭宝华教授也提到合成高分子材料,例如聚乳酸,它的性能跟通用的聚苯乙烯相似, PBS跟聚丙烯类似,PBAT跟低密度聚乙烯相似,这些材料在通用塑料领域有望实现替代。


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生物降解塑料被限制应用的原因
 
两位专家都表示,我们生活中很多产品都可以用生物降解材料来替代。 然而生物降解塑料的性能还需要继续改善,目前高昂的原料价格是限制生物降解材料的重要因素,与大宗传统塑料相比,生物降解材料的使用量小、成本高,严重制约了降解塑料的推行。如果想要降低价格,有两种方法,一是加快生产效率,生产更多的降解原料,二是扩大降解材料的使用规模。
 
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降解材料的降解速率应该做到可控
 
降解材料在单种性能方面具有良好表现,但作为传统塑料的替代品,降解材料的综合性能却难以令人满意。如常见的塑料饭盒,就需要同时满足防水和防油的功能,而天然高分子材料纤维素就难以同时做到。


另外,降解材料的降解周期也需要跟随产品的使用时间做相应调整,做到降解速率可控。如货架上的商品,其保质期是一年,那么降解塑料就需要在一年以后再发生降解。而牛奶包装,只使用几个星期,因此降解周期就应该控制在几个星期以后,方便产品使用完成后立即发生降解。
 
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降解材料的应用前景广泛
 
在农用地膜、服装、医用等领域降解材料发挥着独特作用。传统聚乙烯材质的地膜,在耕种完后继续留在土壤中,阻碍了植物根系的生长活动。而使用降解地膜,不仅在使用完成后自然降解,无碍于作物生长,甚至能提高作物产量。郭宝华教授提到,全生物降解地膜比传统PE膜增产高20% 全生物降解材料PLA(聚乳酸)具有抗菌作用,可以用作婴儿服装和口罩的原材料,能够抑制细菌的生长。


 
郭宝华教授和张军研究员表示,尽管生物降解塑料目前还存在大大小小的问题,但生物降解塑料的无害性是其最显著的优点,避免了传统塑料可能出现的微塑料污染,对动物和人类均无危害。而生物降解塑料对传统塑料的大量替代,在未来将有效缓解白色污染问题,甚至使得塑料污染现象在地球上彻底消失。
 
中国对生物降解塑料的科学研究一直非常活跃,近几年随着中国禁塑令的逐步收紧,中国科学界与企业界也纷纷加快塑料替代的脚步,如今,我国生物降解塑料无论是在种类上,还是在生产规模上,都处于国际领先地位。