生物降解塑料的发展
[摘 要]近年来，世界工业发达国家十分重视生物降解塑料，特别是原料来自可再生资源或产业废气综合利用(如CO2)的生物降解塑料。我国生物降解塑料的研发和生产均得到了发展，尤其是可再生材料的生物降解塑料的发展更是取得了长足进步。
[关键词]生物降解；塑料；发展；微生物；材料
生物降解塑料是指一类由自然界存在的微生物如细菌、霉菌（真菌）和藻类的作用而引起降解的塑 料[1]。理想的生物降解塑料是一种具有优良的使用性能、废弃后可被环境微生物完全分解、最终被无机化而成为自然界中碳素循环的高分子材料。纸是一种典型的生物降解材料，而合成塑料则是典型的高分子材料。因此，生物降解塑料是兼有纸和合成塑料这两种材料性质的高分子材料。生物降解塑料又可分为完全生物降解塑料和破坏性生物降解塑料。
1 国内生物降解塑料产业化情况
20世纪90年代中期，在国家禁白令的支持下，国内出现了一百多条各种类型的生物降解塑料生产线。进入21世纪，我国生物降解塑料的研发和生产均得到了显著的发展，尤其是可再生材料的生物降解塑料的发展更是取得了长足进步。武汉华丽环保科技有限公司生产的由葡萄糖组成的可塑淀粉生物降解塑料，可用于千次性餐具、酒店用品、工业包装等领域，市场推广良好；宁波天安生物材料有限公司生产的一种由微生物合成的可降解的聚羟基脂肪酸酯塑料，具有很好的抗热湿气性能，可以在食品包装上应用；内蒙古蒙西分子材料有限责任公司研制开发的二氧化碳聚合物降解塑料，用在农业地膜上效果很好；台湾瑞旗生物科技股份有限公司用玉米等植物淀粉发酵后，再经过聚合制造出的植物塑料聚乳酸特别适用于餐饮用品、服装制造等领域；浙江海正生物材料股份有限公司研制生产的聚乳酸是一种玉米塑料，可制成高性能的一次性碗、盘、杯、叉、刀、勺等；中科院理化所国家工程塑料中心开发的全生物降解塑料柬丁二酸丁二醇酯，产业化势头尤为迅速，目前已形成超过2万t/a的生产能力[2]。
2 生物降解塑料新产品开发情况
通常降解塑料的定义为：在特定环境条件下，其化学结构发生明显变化，并用标准的测试方法能测定物质性能变化的塑料。按原料生物降解塑料可分为天然生物降解、微生物降解塑料和化学合成生物降解塑料几大类。按降解机理可分为光降解塑料、生物降解、光－生物降解塑料。
近年来，世界工业发达国家十分重视发展生物降解塑料，特别是原料来自可再生资源或产业废气综合利用(如CO2)的生物降解塑料。目前全球研发的生物降解塑料品种已有几十种，可批量生产和工业化生产的品种主要有微生物发酵合成的聚羟基脂肪酸酯(PHA、PHB、PHBV等)；化学合成的聚乳酸(PIA)、聚己内酯、二元醇二羧酸脂肪族聚酯(PBS)、脂肪族/芳香族共聚酯、二氧化碳/环氧化合物共聚物(APC)、聚乙烯醇(PVA)等；天然高分子淀粉基塑料及其生物降解塑料共混物、塑料合金等。目前已进入中试或批量生产的品种有PHA(PHB、PHBV、PHBHHX等)、PLA、PBS、APC、改性PVA、淀粉基塑料、淀粉/PVA、PLA、PCL等塑料合金及共混物等。
生物降解塑料又分为天然生物降解塑料、微生物降解塑料和化学合成生物降解塑料[3]。
2.1 生物降解塑料
天然生物降解塑料是指以天然聚合物为原料，可通过各种成型工艺制成生物降解塑料制品的一类材料。这类材料包括由淀粉、纤维素、甲壳素、大豆蛋白等天然聚合物及其各种衍生物和混合物。
2.2 微生物合成生物降解塑料
2.2.1 聚乳酸(PLA)聚乳酸耐水，不能忍受＞55 ℃的温度。虽然它不是水溶性的，但是海洋环境中的微生物也能使之降解成二氧化碳和水。这种塑料类似透明的聚苯乙烯，表现出很好的外观(有光泽和透明度)，缺点是硬且脆的材料，在大多数实际应用中需要改性。例如，用增塑剂来提高其柔韧性，它可以和许多热塑性塑料一样被加工成纤维、薄膜，热成型或者注塑成型。
2.2.2 聚羟基烷酸酯(PHA)
利用可再生资源得到的生物降解塑料，把脂肪族聚酯和淀粉混合在一起，生产可降解性塑料的技术也已经研究成功。在欧美国家，淀粉和脂肪族聚酯的共混物被广泛用来生产垃圾袋等产品。例如，国际上规模最大、销售最好的是意大利的Novamont公司，其商品名为Mater-bi，公司的产品在欧洲和美国有较大量的应用[4]。
2.2.3 聚己内酯（PCL）
这种塑料具有良好的生物降解性和吸力性能，溶点是62 ℃。分解它的微生物广泛地分布在喜气或厌气条件下。作为可生物降解材料可把它与淀粉、纤维素类的材料混合在一起，或与乳酸聚合使用[5]。
3 生物降解材料发展面临的问题
对适用于医学研究的生物降解材料，人们首先关心的是它的降解产物是否具有毒性，以及如何人为地控制降解速度。因此，生物降解材料合理的工艺配方、准确的降解时控性，用后降解的彻底性以及回收利用等技术的进一步提高和完善显得尤为重要。
在组织工程研究领域，比如研究者选用生物降解材料来构建人体的组织或器官，要求不仅有疗效，而且要保证安全、无毒、无刺激性，与人体有良好的生物相容性。
目前，可生物降解材料存在的主要问题：(1) 天然高分子材料及其改性物没有热塑性，多数加工困难，产品强度不高，还未完全达到实用阶段；(2) 价格昂贵，是通用塑料的5～10倍，不易推广应用；(3)可生物降解材料更合理的工艺配方、准确的降解时控性，用后降解的彻底性以及回收利用等技术还有待进一步提高和完善；(4) 一些可生物降解材料的最大问题是只能部分降解，人工合成生物降解材料大多还存在生产工艺复杂、产品性能不稳定的缺陷；(5) 国内外至今尚无统一认可的评价方法和标准[6]。
4 可降解塑料发展动向
随着塑料工业的迅速发展，当前世界塑料总产量已超过1.8亿t,但因废塑料难于降解，而成为环境垃圾。发展可降解塑料能减少白色污染，有显著的经济效益和社会效益。现生产降解塑料的主要国家有美国、意大利、德国、加拿大、日本、中国等。随着PLA等可降解塑料材料的应运而生，在原有聚乙烯等传统不可降解塑料制品中加入适量PLA等生物材料的塑料制品，既可部分实现生物降解，原有的力学性能又没有改变[7]。
生物塑料的耐热温性能不好，很多生物塑料在50～55 ℃就会变形，其应用领域和适用范围因此受到很大限制。进一步改善生物降解塑料产品的性能，将其推广到电子产品、汽车材料领域，真正使生物降解获得大规模推广应用。美国普立万公司一直在为提高生物塑料的耐高热性能而努力，该公司开发的产品，改善了材料的抗冲击性并可在100 ℃以上加工使用的可生物降解塑料技术。总之，可生物降解塑料的耐高温性能正在逐步提升，进一步推广应用条件正在逐步成熟[8]。
5 建议与展望
近年来，随着原料生产和制品加工技术的进步，生物降解材料备受关注。无论是从能源替代、二氧化碳减少，还是从环境保护以及部分解决“三农”问题，都具有重要意义[7]。目前我国生物降解材料发展的状况，在自主知识产权、创新型产品等方面的研发能力、投入量等均待提高，存在生物降解材料的产业化与市场化规模不大、生物降解材料的回收处理系统不很完善等问题，为了解决这些情况，应制订配套的政策及法规。
H211胶圈性能及纺纱实践 为适应市场需求，纺织企业纺纱品种日渐繁多，纯棉、涤棉、化纤、麻、涤、氨纶纱等产品更换频繁，这就给纺纱牵伸重要部件——胶辊、胶圈提出了更高的要求。如何使胶圈的适用性增强，使用寿命延长，纺纱条干更优，这是摆在纺织橡胶企业面前的新课题。H211型胶圈是针对这一纺纱要求而新开发的细纱胶圈，具有耐磨性好、伸长率低、弹性好、使用寿命长等特点。其适纺性强，手感柔软，运转中抗屈挠性佳，滑溜率小、抗缠绕，纺纱效果较好。 1胶圈适纺性分析
国产胶圈具有明显的局限性，分纯棉用、化纤用、毛纺用胶圈，适纺性差。过去纺纱厂纺织品种单一，这种胶圈有其存在的市场，但是在中国加入WTO、步人全球经济后，纺纱厂纺纱品种日趋多样化，这种胶圈的弊端越来越明显。首先，纺织厂更换纺纱品种，停车停工换胶圈费时费力，影响产量；其次，由于经常更换胶圈，胶圈走熟期势必影响成纱质量，导致条干恶化，条干CV值升高，粗节、细节增多；第三，胶圈品种规格多，难管理，且生产成本也会增加。以上诸多弊端必将影响纺织企业的市场竞争能力。因此，设计一种通用性强、耐磨及使用寿命长、适纺性好的胶圈势在必行。 长期的生产实践证明，胶圈的摩擦因数(对各种纤维和金属)、弹性、硬度是决定胶圈能否正常使用的主要指标。胶圈的适纺性就是指能否满足成纱质量的需要。首先以保证纺纱质量为主，即在保证胶圈能正常纺纱的基础上再达到耐磨、耐油、耐挠屈，以获得最长的使用寿命。过去胶圈的缺点就在于把以上两个使用条件割裂开来，使得纺不同品种胶圈的胶料配方不同，造成纯棉胶圈只能纺纯棉，化纤圈只能纺化纤。如9410型胶圈用于纺纯棉，911O-3型胶圈用于纺化纤。 纺纯棉用胶圈设计时大多较柔软，硬度在邵尔．A65度～邵尔A66度，硬度靠增塑剂二丁酯调节。因此，此种胶圈使用初期较柔软，有一定的弹性，但无刚性。使用时间越久，随着增塑剂的迁移、挥发，胶圈越来越硬。因此，使用初期，牵伸效果尚可，纺纱的条干CV值还较理想。但时间越久，纺纱条干就越差，且由于强度较低，耐磨性差，因此使用寿命也较短。纺涤棉、化纤胶圈硬度高，硬度为邵尔A74度，强度较纯棉胶圈高25％，但弹性不足，较纯棉胶圈低33％，削弱了对浮游纤维的控制能力，加捻牵伸效果不理想，千米粗细节多。为了增强抗绕性，混炼时在胶料中加进抗静电剂，此种静电剂会使胶圈变硬、发脆。因此，在具体使用中，胶圈易发脆，产生大裂口，以致严重绕花，断头增多，使用寿命大大缩短。
从不同类别胶圈的使用情况可以知道，有效地解决适纺性与寿命之间的矛盾，是胶圈生产技术的一大突破。
2 H211型胶圈的适纺性
橡胶制品的开发主要是配方和工艺路线的设计，通过选材和材料的优化组合，利用先进的装备和技术生产出优良制品。通过对国外胶圈进行检测分析，消化吸收先进技术，研制开发出H211型胶圈。H211型胶圈的适纺性强，可以满足不同原料的生产要求，便于纺织厂的生产管理，降低生产成本。 在H211型胶圈研制过程中，着重对以下几个方面进行研究。
(1)主体材料的选择。极性相近是两种材料共混并用的首要条件。两种材料的极性程度差别越小，它们就具有更好的分散相溶效果。从实际选择的材料看，极性相似，溶解度参数接近。丁腈橡胶的溶解度参数为9．6，而选择的另一种高分子合成材料的溶解度参数为9．57，两者相溶性很好。而且该高分子合成材料完全不同于以往的丁腈-PVC树脂、丁腈一氯醋树脂体系，它的平均分子量明显高于一般塑料，接近橡胶(见表2)。因此，赋予H21l型胶圈高弹性、高强度压缩永久变形小等特性。
2)助剂的选择。在抗挠性、提高制品的耐磨、老化龟裂及提高适纺性方面，通过选择新型助剂来达到上述性能。目前H211型胶圈中进口新型助剂达75％。如选用德国进口的增塑剂，它与丁腈橡胶相溶性好，分子量高，不易迁移和挥发，耐寒性和耐热性好，赋予制品优良的低温柔软性，并且具有优良的抗静电效果。图1为H211型、9410型及9110-3型胶圈的硬度随时间及温度的变化情况。
图1表明，随着使用时间的延长，H211型胶圈硬度上升很小，而9410型、9110一3型胶圈硬度上升较大。随着温度的升高，H211型硬度变化小，其对高温环境适应性强；9410型、9110—3型胶圈硬度下降明显。 3 H211型胶圈使用效果
H211型胶圈在无锡纺织机械试验中心进行了长达20个月的跟踪试验，分别在涤棉品种、纯棉品种上进行了应用。
3．1在涤棉品种上的应用
为了试验H211型胶圈的适纺性，在纺制重点品种米通纱时对H211型胶圈与其他胶圈进行了对比，结果见表3。
从使用情况来看，H211型胶圈表面滑爽，回弹性、耐老化性好，手感柔软，对温度、相对湿度变化适应性较强。胶圈适纺性强，主要表现在纺纱品种频繁翻改，在不更换H211型胶圈的前提下都能保持良好且稳定的成纱质量。目前H211型胶圈还在继续运转使用，接受更长时间的连续考验。 3．2在纯棉品种上的应用
在FA506型细纱机上配置H211型胶圈纺制cJ 14．6 tex纱，成纱质量见表4。
在A513C型细纱机同锭、同工艺条件下，将H211型胶圈与其他胶圈进行纺纱对比，纺纱品种为cJ 14．5 tex针织用纱，成纱质量见表5。
纺纱试验表明，H211型胶圈柔软性好，运转中抗屈挠性佳，运转速率稳定，滑溜率小，抗绕能力强，在长期大面积使用过程中未见异常波动，成纱质量较理想。
4结束语
H211型胶圈从适纺性方面着手，通过优化胶料配方在满足成纱质量需要的基础上，提高了胶圈强度，达到了耐磨、耐油、耐挠屈的要求，从而提高了使用寿命。原先普通胶圈寿命只有6个～8个月，而H211型胶圈达到12个月以上。通过长时间试验，H211型胶圈可以纺棉、涤棉及毛纱品种，成纱质量较好。
据人民网报道：许多农贸市场、超市都在用塑料袋装熟食品，其实，很多塑料袋存在毒性，尤其是五颜六色的彩色塑料袋，其本身更是含有大量毒素。因为彩色塑料袋属于再生塑料袋，使用的着色剂通常含有苯并吡，是一种很强的致癌物质，与食品接触后，可能会转移到食品中，使人慢性中毒。此外，最新研究显示，塑料产品中的增塑剂也是一种致癌物质，而再生塑料因为工艺简陋等原因，其增塑剂在与食品，尤其是油性食品接触时更容易渗出。
“人们习惯使用‘毒袋’，既是致癌物质的受害者，又不知不觉地充当了致癌物质的传播者。”同济大学医学院环境医学教授厉曙光提醒说，不少早点铺用薄薄的、有刺鼻异味的再生塑料袋装油条之类的熟食，致癌物质渗出更快，危害更大。
那么，怎样鉴别塑料袋有无毒性呢？
感官检测法：无毒的塑料袋呈乳白色、半透明、或无色透明，手摸时有润滑感。有毒的塑料袋颜色混浊或呈淡黄色，手感发粘。
用水检测法：把塑料袋置于水中，并按入水底，无毒塑料袋可浮出水面，有毒塑料袋下沉。
抖动检测法：用手抓住塑料袋一端用力抖，发出清脆声者无毒，声音闷涩者有毒。
火烧检测法：无毒的聚乙烯塑料袋易燃，火焰呈蓝色，燃烧时像蜡烛泪一样滴落，有石蜡味。有毒的聚氯乙烯塑料袋不易燃，离火即熄，发出刺激性气味。
