可降解塑料

塑料在自然中的降解過程主要有三步:(1)在日照、風化、氧氣等因素下材料力學性能逐漸瓦解，高分子聚合物不斷破碎粒徑變??；(2)高分子聚合物大分子鏈斷裂，分子量從原來的幾萬到幾十萬不等下降至數百；(3)最終塑料破碎為粒徑小于5um的微粒，部分可進一步分解為CO2和H0實現完全降解。傳統塑料自然降解過程時間非常長，可持續數世紀，但是，當前垃圾的生產和堆積速度非?？?，可降解塑料是改善此種現狀的有效措施之一，其在特定條件下數十天到數月內實現較高的降解率，所以通過完全降解處理塑料垃圾變成一種可重復實現的處理方案。

可降解塑料是一大類化學材料，是指制品滿足使用要求，保存期內性能不發生改變，使用后能在自然環境中自動降解為無害物質且對環境無污染的塑料.降解方式有兩種，一種是光、氧降解，一種是生物降解。光、氧降解塑料主要通過在傳統石化材料中混入添加劑，使其在光照或高溫條件下加速破碎裂解，近年研究發現此類降解塑料實際在可控時間內無法完全降解，短時間內在自然殘留成分仍然較多。而生物可降解塑料廢棄后在特定條件下可以快速被微生物分解為二氧化碳+水，進入生物圈的物質循環系統不再產生環境危害，是目前塑料降解最具前景的方向^[1]

(1)光降解塑料

光降解塑料是指通過光的作用可實現降解的塑料，該類塑料中的聚合物分子鏈在紫外線等光線照射下可激發電子活性，進而發生光化學反應，再加上大氣環境中O2的影響，最終可發生光氧降解。在光化學作用下，光降解塑料的高分子鏈因遭到破壞而失去強度，材料發生脆化，并在風、雨等自然環境的作用下進一步細脆化，最終分解成為粉末融入土壤進入新一輪的生物循環。光降解塑料主要由光敏劑、光降解聚合物、光降解調節劑組成，生產工藝簡單、成本低。但缺點也十分明顯，其降解性很大程度上受到溫度、光照強度等自然條件的約束。埋藏在地下的光降解塑料甚至會由于沒有光照而收效甚微或根本無法分解。由于光降解塑料的各種局限性，光降解塑料主要適用于日照條件較好的地區。光降解塑料的適用面較窄，目前主要集中于農作物覆蓋物^[3]

(2)生物降解，由自然界存在的微生物如細菌、霉菌(真菌)和藻類的作用而引起降解。理想的生物降解塑料是一種具有優良的使用性能、廢棄后可被環境微生物完全分解、最終被無機化而成為自然界中碳素循環的一個組成部分的高分子材料。由于生物降解是主要的可降解塑料品種，因此通常我們所說的可降解塑料即生物降解塑料，由于其可以從根本上解決白色污染問題而受到各方重視。

(3)光/生物降解

融合光降解塑料和生物降解塑料雙重特點

(4)水降解

添加了吸水性物質，在水中可以溶解

(1)全球塑料垃圾超3億噸，處理不當垃圾中國占比最高。

目前，全世界每年有超過3億噸塑料垃圾流入環境，造成每年約130億美元的損失。除焚燒和回收再利用外，丟棄和填埋的塑料垃圾預計將在2050年達到約120億噸。據J.R.Jambeck研究測算，2010年全球處理不當的塑料垃圾比例中，中國占比最大(約27.7%)，而在未來2025年全球處理不當的塑料垃圾比例中，中國占比最大(約26%)，其次是東南亞、南亞、北非和南美。

根據有關數據顯示，在2017年，我國每年處理不當塑料垃圾約8.82百萬立方米，在全球居首位。根據IHS統計，我國年均廢棄塑料總量在4200萬噸，其中包裝領域占比達到59%。截至2021年，我國塑料袋的年使用量超過400萬噸，但塑料廢棄物回收利用率不超過35%。大量廢棄塑料進入環境，在海洋垃圾中，塑料垃圾占比高達80%。2017年，我國國內每年處理不當的塑料垃圾數量大約為8.82百萬立方米，是世界上海洋塑料垃圾最多的國家，是第二名印度尼西亞的兩倍之多[3]

(2)塑料垃圾的潛在危害巨大。

①填埋侵占土地資源，造成土壤污染。不可降解的塑料在自然條件下一般需要200至500年才能降解，因此侵占大量土地，并造成地下水和土壤污染。

②排放溫室、有害氣體，加劇大氣污染。塑料垃圾焚燒過程中產生大量有害氣體，此外塑料生產和處理過程中產生大量溫室氣體。

③造成水體海洋污染。截至2019年全球年均有500-1300萬噸塑料最終進入海洋，塑料垃圾占海洋垃圾總量80%以上。據UNEP統計每年全球塑料對海洋環境造成損失不少于80億美元。

④第四，威脅生物生存。塑料垃圾容易被動物誤食，據UNEP統計目前大約60%海鳥在某種程度上吃過塑料碎片。

⑤微塑料引發新危機。微塑料大部分來自塑料垃圾在自然中的分解。一方面，微塑料在土壤和海洋中大量積聚，易被動物攝??；另一方面，通過食物鏈，微塑料會大量積累于人類體內

(3)政策驅動，可降解塑料發展迅速

中央政府分別于2020年1月和7月發布《關于進一步加強塑料污染治理的意見》和《關于扎實推進塑料污染治理工作的通知》，分階段設立禁塑限塑目標，提出到2025年對不可降解塑料逐漸禁止、限制使用，并要求各地在8月中旬前出臺省級實施方案。

各省積極響應中央，地方政府已出臺對應方案。各省已經在中央文件的指導下，下發了關于治理塑料污染實施方案，在政策實行、具體舉措方面做出了相應規定^[4]

澳大利亞：從2017年7月1日起，禁止零售商向顧客提供一次性超薄塑料袋

智利：自2019年2月3日起，所有大型超市、商場不得再向購物者提供免費或收費塑料袋，規定全國大型超市、購物中心和百貨商場將有6個月緩沖期

新西蘭：自2019年起禁用一次性塑料購物袋

英國：2018年，在英國所有超市內征收5便士的塑料袋消費稅；英格蘭、蘇格蘭兩地將全面禁止使用含有塑料微珠的沖洗型化妝品以及個人護理用品

美國西雅圖：自2018年7月1日起，美國西雅圖市將全面禁止餐飲行業向顧客提供一次性的塑料吸管以及塑料刀叉，鼓勵消費者使用可以重復使用的餐具以及可以降解、堆肥的塑料制品

印度：2018年規定，在2022年前全面禁止使用一次性塑料制品

韓國：從2019年年底起，禁止使用難以回收利用的彩色塑料瓶或用聚氯乙烯(PVC)制成的塑料保鮮膜

泰國：到2019年底禁用塑料微珠等3種塑料產品；到2022年將禁用厚度小于36微米的輕質塑料袋、外賣食品用發泡膠容器、塑料杯和塑料吸管4種一次性塑料制品到2027年將全面使用100%可回收利用的塑料

加拿大：2020年規定，由難以回收的塑料制成的塑料食品袋，吸管，攪拌棒，六件套環，餐具和食品容器將在全國范圍內停止使用

法國：自2020年1月1日起，境內禁止銷售部分一次性塑料產品，包括塑料制的家用一次性棉簽、一次性塑料杯子和盤子等；最遲于2023年1月1日起，禁止快餐店堂食提供塑料包裝或一次性餐具，消費者可使用自帶的容器購買餐食

美國紐約州：2020年零售店將不再向消費者提供單一購物用途的塑料袋，只可以向消費者有償提供可重復使用的袋子，統一售價為5美分

中國：2020年規定，率先在部分地區、部分領域禁止、限制部分塑料制品的生產、銷售和使用；自2022年起，年旅客吞吐量200萬人次以上機場航站樓、停車樓內不主動提供一次性不可降解塑料袋；自2023年起，實施范圍將進一步擴展至全國機場

可降解塑料根據處理方式分為無需堆肥、工業堆肥和不可堆肥的塑料；根據原料來源，分為生物基來源和石油基來源；根據降解方式分為生物降解、光降解、光/生物降解和水降解

(1)PLA

PLA，又稱聚丙交酯，因其多由乳酸環狀二聚體(即丙交酯)開環聚合制備而得名，也可由其他合成方法如乳酸直接縮聚法和直接固相聚合法來制備聚乳酸。由于乳酸分子中有一個手性碳原子、兩個光學異構體，因此聚乳酸材料又可分為聚左旋乳酸(PLLA)、聚右旋乳酸(PDLA)和聚消旋乳酸(PDLLA)三種。PLA無毒，與生物相容性良好，機械性能、韌性、耐熱性優良，透明程度高，同時對水蒸汽和氧氣的透過性高，PLA的應用場景主要分為生活用、農林環保用、紡織用、復合材料、組織工程和3D打印材料等6大類。PLA的加工需要苛刻的加工環境，還需要專門改造的加工設備。同時PLA是典型的水解降解高分子材料，因此存貯過程需要苛刻的干燥環境，材料必須鋁塑包裝，而且存貯期不能超過2年，在非密封包裝時，存貯期不超過6個月，50℃條件下更是只有幾個小時的存放時間。因此，PLA制品的貯存成本較高。

(2)PBAT——最有前景的石油基可降解塑料

聚(己二酸丁二醇酯-co-對苯二甲酸丁二醇酯)(PBAT)是典型的生物可降解塑料，由丁二醇和對苯二甲酸單體組成的剛性對苯二甲酸丁二醇酯鏈段(BT鏈段)，而柔韌的己二酸丁二醇酯部分(BA部分)則是由1，4-丁二醇和己二酸單體組成，因此其既具有脂肪族聚酯良好的生物可降解性和柔韌性，也具有芳香族聚酯的良好力學性能、沖擊性能和耐熱性。PBAT既有良好的延展性、斷裂伸長率、耐熱性和抗沖擊性能，又具有優良的生物降解性。成膜性能良好，通常與PLA樹脂等共混改性制成終端產品，可用于塑料包裝薄膜、農用地膜、一次性用具等。

(3)PGA

聚乙醇酸(PGA)，又稱聚羥基乙酸，是一種單元碳數最少、具有可完全分解的酯結構、降解速度最快的脂肪族聚酯類高分子材料。聚乙醇酸最初的原料是乙醇酸，廣泛存在于自然界，但因其分離提純難度大，目前工業上都是通過有機合成的方法制備。PGA產品具有良好的氣體阻隔性、生物相容性和可降解性，但是目前國內技術不成熟，以國外進口為主，量少價貴，可用于藥物緩釋材料、組織工程材料、手術縫合線等高附加值的醫用領域。

(4)PHA

聚羥基脂肪酸酯(PHA)是細菌在生長條件不平衡時產生的代謝產物，其生理功能是首先作為體內的碳源和能量儲存物質。常用的PHA合成方法有純菌發酵法、基因重組法和混合培養法3種。通常情況下，短鏈PHA具有比較高的結晶度，表現出強而硬的塑料特性，而中長鏈的PHA由于結晶度很低，表現出軟而韌的彈性體特征。目前PHA原料價格比較昂貴，主要用于醫學領域，比如手術縫紉線、組織工程支架材料、藥物載體材料等。PHA熱穩定差、加工窗口窄，因此目前沒有工業化手段大規模生產PHA纖維材料。

第一階段:光降解塑料

20世紀60年代初，中國開始采用塑料棚膜用于稻田種植，并在1979年正式從日本引入塑料地膜用于蔬菜種植。塑料產品的應用對于中國的農業發展做出了貢獻，但是也帶來了白色污染問題。大量塑料殘膜影響景觀，且有動物誤食死亡。為應對這一問題，中科院上海有機化學研究所、上海塑料制品研究所等科研和生產單位開始研發可降解塑料地膜，開發的主要品種為光降解塑料。

第二階段:淀粉添加型降解塑料

在傳統單體聚合的過程中加入淀粉等添加劑進行改性，使塑料在一般環境中可以裂解成微小的塑料片段，但這種降解方法并不能將塑料完全降解，其剩余的塑料片段不僅難以回收，還會對生態環境造成與普通塑料同樣的危害。20世紀80年代中期至90年代初期，由于土埋部分無法接受光照進行降解，且受到歐美國家技術路線的影響，中國產業界對可降解塑料的研發逐漸集中到了淀粉添加型降解塑料方向。但是淀粉添加型塑料難以完全生物降解，且價格偏高。

第三階段:生物降解塑料

淀粉添加型塑料由部分降解轉向全淀粉降解型，主要是通過與PBAT等可降解塑料共混，以期達到全生物降解的目的。

第四階段:全生物降解塑料

現階段，在生物降解的配方上選用完全生物降解組份，使得制品能夠完全降解，生成二氧化碳和水，主要材料有PBAT，PLA和PBS等^[5]

參考資料：

[1]研報】可降解塑料行業深度報告(一)：政策從限塑行至禁塑黃金賽道雛形已現-210427(27頁).pdf

[2]研報】新材料行業專題系列報告(五)：可降解塑料千億市場政策加碼-20201019(24頁).pdf

[3]2021年可降解塑料未來市場空間與TPES業研究報告20頁.pdf

[4]【研報】礎化工行業生物可降解塑料專題報告之二：生物降解塑料政策梳理與應用觀察-210201(20頁).pdf

[5]【研報】化工行業：可降解塑料產業突飛猛進機遇與挑戰并存-210427(42頁).pdf