可降解塑料的发展现状

可降解塑料的发展现状（通用6篇）

篇1：可降解塑料的发展现状

可降解塑料的研究利用现状

摘要：本文简介了白色污染的现状、危害及目前处理废旧塑料的方法，重点介绍了可降解塑料的研究现状，并分析了可降解塑料存在问题、发展方向及前景。关键词：可降解塑料 白色污染 现状 前景

1.白色污染的现状、危害及目前处理废旧塑料的方法

塑料自问世以来，以其优异的性能和低廉的成本，在各个领域得到广泛的应用。随着经济的发展，人民生活水平的提高，塑料制品的需求量也日益增加，而塑料带来的“白色污染”也越来越严重。开发降解塑料是治理城乡废弃物对环境污染的一个重要途径。当前各国都急切需要降解塑料及分解材料，因此降解塑料及分解材料将成为一种最具有巨大市场潜力和生态效益的环保新型材料。

1.1“白色污染”的现状

塑料作为一种新型材料，以质轻、防水、耐用、生产技术成熟、成本低的优点，需求量呈逐年增长趋势。仅就中国而言，塑料产量从1975年的1.4万t激增到2001年的1401万t，预计2005年将达到2500万t。随着塑料产量的不断增加，废弃塑料制品也同比例增多。近年来，在国民经济高速发展的同时，人们的生活方式也由“节俭型”向“消费型”转变，一次性塑料制品的使用量更是大幅增加，以杭州为例，600万人口每月仅一次性塑料包装袋的使用量就达800t。由于最初人们对废旧塑料引起的环境危害缺乏认识，将大量的废旧塑料制品随意抛弃，从而引发了严重的“白色污染”问题。1.2“白色污染”的危害 1.2.1破坏臭氧层

在生产一次性发泡塑料餐具的过程中，所使用的发泡齐会严重破坏大气臭氧层。.1.2.2破坏土壤结构

残留在土壤中的不可降解塑料制品会使土壤板结成块，阻碍农作物吸收营养和水分，导致农产品产量下降。1.2.3危害人体健康 食品包装用的塑料制品，多为聚苯乙烯的二聚体和三聚体，易被食物吸收转而拢乱人和动物的荷尔蒙分泌，损害生育能力。当受热达65℃时，塑料制品会释放出大量毒素，严重损害人体的肝脏、肾脏及中枢神经系统。【1】 1.3目前处理废旧塑料的方法

目前处理废旧塑料的方法主要有：填埋处理、焚烧处理、再生利用和再资源化、用可降解塑料代替现有塑料。但在治理塑料污染过程中存在这多种困难，比如：回收以及分类较为困难，废弃的塑料与其他生活垃圾混在一起，造成废弃塑料的污染以及收集工作困难，增大了回收成本；缺乏专用回收设施，限制了回收塑料再次加工的质量和种类；回收焚化后产生的有毒气体造成二次污染等一系列问题。【2】 2.可降解塑料的研究现状

降解塑料是一个新产业。目前国外主要生产降解塑料的有美、日、德、英等国，品种主要有光降解、光/生物降解、水解降解和完全生物降解塑料等。其中光降解技术较为成熟，而完全生物降解塑料的研究开发最为活跃；但其回归自然仍需一定周期和特定条件，特别是由于其技术较复杂、价格高昂，尽管美、日、西欧等发达国家已建成千吨级甚至万吨级的工业化装置，仍难以进入量大、面广的一次包装材料和地膜等市场，目前主要用于医用卫生器材和高附加值包装材料。

我国降塑的研究开始于20世纪70年代后期，80年代也仅有少数单位进行实验室研究，90年代才掀起研究开发的热潮。初期主要集中在农地膜的研究和开发，90年代中期研究开发的热点转向塑料餐具、包装袋、垃圾袋，这一时期已开发出部分技术经济上较好的产品，并推向市场，但产品较多地投向市场是90年代后期，到目前为止，降解农用塑料地膜已处于示范应用阶段，包装材料及制品已处在市场推广阶段。

降解塑料的种类有： 光降解塑料、生物降解塑料、光/生物双重降解塑料。其中具有完全降解特性的完全生物降解塑料和具有双重降解特性的光/生物降解塑料是目前研究的主要方向。【3】

2.1 光降解塑料 2.1.1 共聚型光降解塑料 由美国杜邦公司开发的聚乙烯(PE)和乙烯基酮共聚而成的聚合物,可增强PE塑料的光降解性,称为Guillet共聚物。含5%(质量分数)羰基的Guil-let共聚物,商品名为Ecolyte[1]。后来,发展出聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚酰胺(PA)等含羰基的共聚物[2],都具有光降解性。在欧美等国,PE光降解膜已用作地膜、食品袋和垃圾袋。2.1.2 添加型光降解塑料

其制备方法是在高分子材料中添加光敏剂和其它助剂。由光敏剂吸收光后产生自由基,促使高分子材料发生氧化反应以达到分解。典型的光敏剂有芳香酮、芳香胺、乙酰丙酮铁、2-羟基-4-甲基苯乙酮肟铁、硬脂铁、二烷基二硫代氨基甲酸铁和二茂铁衍生物等。由英国阿斯顿大学的Geral Scott和以色列塑料技术大学的Dan Gillead合作开发的一种可实现光敏控制的光降解聚合物,其商品名为Plas-tigone[3-4]。据文献报道[5],中科院上海有机化学研究所研制了长链烷基二茂铁衍生物及胺烷基二茂铁衍生物两个系列光敏剂;中科院长春应用化学研究所已研制成功了一种以铁合物Fe(F)x和Fe(I)x为光敏剂的光降解PE薄膜;福州市塑料研究所研制成功了二烷基二硫代氨基甲酸铁(FeDRC)光敏剂及其光降解PE薄膜。添加型光降解塑料的研究开发较早,技术比较成熟,其产品已广泛应用于农业及包装等领域。2.2 生物降解塑料

近几年来生物降解塑料发展较快,其消费量占塑料消费总量的1%,仅2000年生物降解塑料的消费量约在400万~500万t左右。生物降解塑料,按生物降解过程可分为完全生物降解塑料和生物崩环塑料两类;其制备方法可分为:生物发酵法、化学合成法和天然高分子共混。2.2.1 完全生物降解塑料

完全生物降解塑料在细菌或其水解酶作用下,最终分解成CO2及水等物质,回归环境,被称为“绿色塑料”。2.2.1.1 生物发酵法

主要用于生产脂肪族聚酯类聚合物,如聚羟基丁酸酯(PHB)、聚羟基戊酸酯(PHV)、PHB和PHV的共聚物(PHBV)、聚乳酸(PLA)、聚羟基丁酸酯、聚羟基乙酸及其共聚物等。但由于发酵法降解聚合物成本太高,而未被广泛应用。目前,脂肪族聚酯类聚合物大都用化学合成法生产。2.2.1.2 化学合成法

化学合成法可降低降解聚合物生产成本,是最终把降解塑料推向市场的有效方法。目前,用化学合成的聚合物主要有聚己内酯(PCL)、聚琥珀酸丁二酯(PBS)、脂肪族聚酯/芳香族聚酯共聚物(CPE)、脂肪族聚酯/氨酯共聚物、脂肪族聚酯互聚物等。

PCL由ε-己内酯经开环聚合而得,是一种热塑性结晶型聚酯,熔点为80℃,可在2000℃以上加工,且与多种聚合物有较好的相容性。另外,低相对分子质量的PCL二元醇可以用作生物降解聚氨酯的原料,PCL与PHB共混,也可制备生物降解塑料。PBS由缩合反应合成,熔点为113℃,但其降解速度较慢。可将己二酸与PBS共聚,或将羟烷基二羟酸用作PBS的二元酸成分共聚,以提高降解性。

为了改善脂肪族聚酯的耐热性和机械性能等物性,开发了芳香族与脂肪族聚酯的交替共聚物CPE。CPE的脂肪酶降解性随芳香族聚酯配比的增加而降低。研究表明,CPE中的芳香环可使CPE链具有刚性,这是使CPE的脂肪酶降解性降低的主要原因。脂肪族聚酯/氨酯共聚物可由脂肪族聚酯与氨酯进行酯交换反应制得。该类聚合物与脂肪族聚酯相比,是一种新型生物降解塑料。2.2.1.3 天然高分子共混

利用化学合成高分子混入具有生物降解性的天然高分子(如淀粉、甲壳素、木质素、纤维素及动物胶等),以使产品具有降解性,这是近年来开发的热点。主要品种有PHB/PCL、糊化淀化/PCL、糊化淀粉/PHBV及天然橡胶/PCL共混制品[5]。这类塑料可完全生物降解,通过共混可提高其耐热性,改善物性和耐水性,降低成本,可望成为通用生物降解塑料。2.2.2 生物崩环塑料

生物崩环塑料属于不完全生物降解塑料,是在聚烯烃通用塑料中混入具有生物降解性物质,使其丧失力学性能,在一定条件下,此类塑料能通过堆肥化获得与生物降解塑料同样的效果。此类塑料的主要优点是可使用通用塑料的加工工艺和设备,从而可降低生产成本;缺点是降解不完全,不能完全消除对环境的污染。此类塑料主要有淀粉类和脂肪族聚酯类两种。淀粉类生物崩环塑料是淀粉与通用塑料的共混物,目前,对该类塑料的争议较多,对其降解性和使用安全性尚需进一步研究。通用塑料的加工和使用性能良好,但不易降解,如能确认共混物在被微生物分解解体后,能和腐殖质一起稳定地存在于土壤中,不对土壤结构造成破坏,就这一点而言,此类塑料较完全生物降解塑料更优越,其用途将会不断扩大[5]。2.3 光/生物降解塑料

光—生物降解塑料具有光及生物降解双重性是当前世界降解塑料的主要研究方向之一。国外开发的主要品种有美国Ecostar International公司的E-costar plus母粒;美国Ampact公司的PolygradeⅢ产品和美国ADM公司的Poly clean产品;法国CL-EX-TRAL公司的聚烯烃/磷化催化型聚合物[7]。我国开发的光—生物降解塑料主要是光—生物降解地膜现已基本满足要求,并正在开发其它领域所需产品。

3.存在问题与今后发展方向

3.1存在问题

降解塑料作为一种治理塑料废弃物的全新技术途径，经过多年研究开发，目前已取得令人满意的进展，但也存在一些问题困:(l)生物降解高分子材料的价格高，不易推广应用，如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价格高50一80%。

(2)使用性能尚不尽如人意。目前国内外公布的各种品牌淀粉塑料，力学性能一般。

(3)降解高分子材料的降解控制问题有待于解决。准确的时控性和用后完全、快速降解离实用要求还有相当大的差距，特别是填充型淀粉塑料，其大部分根本不可能在1年内降解。

(4)高分子材料的生物降解性评价方法有待完善。由于降解塑料的降解性能制约因素很多，因此降解到底意味着什么，其降解时间是否应有所定义，降解产品是什么，这些问题均未能达成共识，其评价方法和标准更是五花八门。3.2发展方向

为使降解塑料技术在已取得较大成就的基础上有更大的发展，从发展趋势看来，有以下几个方面的问题值得在今后进行深人的探讨和研究:(l)利用纤维素、淀粉、甲壳素等天然高分子材料制取生物降解塑料，进一步开发改良天然高分子的功能与技术。(2)利用分子设计、精细合成技术合成生物降解塑料。

(3)采用生物基因工程，利用绿色天然物质制造降解高分子材料，如纤维素、菜油、桐油、松香等天然物质。

(4)通过微生物的培养获得生物降解塑料。寻找能合成高分子塑料的微生物，通过现有方法及基因工程的手段提高其生产性。

(5)可降解塑料改性也是一个重要的方面。通过淀粉或纤维素等可降解的高聚物对通用型聚合物(如聚乙烯和聚丙烯等)进行共混改性或接枝改性，可制备一种光一生物共降解塑料薄膜。

可降解塑料的发展是一项长期工作，需国家政策、法律、资金扶持以及科研与企业界两方面的互动。企业的活力决定了可降解材料产业的活力，而科研力量的强弱决定了可降解材料产业的层次。如何整合资源，在新形势下求得共赢，是该行业需要破解的问题。【4】 3.3发展前景

据预测，2005年中国将产生难以回收利用的塑料废弃物350万吨，若部分以可降解塑料替代，则可减轻其对环境的污染程度。2005年中国塑料包装材料需求量将达到500万吨，其中难以回收的废弃物产生量达150万吨；中国所需地膜，加上育苗钵、农副产品保鲜材料等预计需求量达100万吨；一次性日用杂品和医疗材料中的一部分也是难以回收或不宜回收利用的塑料，预计其需求量达100万吨。若将其中的50%用可降解塑料替代，则可降解塑料的需求量达到175万吨，其市场前景良好。【5】

参考文献:

【1】宿志弘,邢华.我国白色污染及防治对策研究[J].中国环境管理,2004,(2).【2】苗少娟.大麦虫Zophobas morio的生物学特性及其对塑料降解作用的研究[D].西北农林科技大学: ,2010.【3】李星 刘东辉 黄云华.我国可降解塑料的现状和发展趋势

环卫科技网 2010-07-19 【4】史吉平,杜风光,闫德冉,董青山,张龙,.我国可降解塑料研究与生产现状[J].上海塑料,2006,(2)【5】钱伯章,朱建芳.可降解塑料的应用现状和发展趋势[J].上海化工,2004,(10)

篇2：可降解塑料的发展现状

可降解塑料顺应环保要求 全球塑料的年产量达1亿吨以上.其中很大部分应用于分装行业.由于塑料来源丰富,价格低廉,在作为包装材料和其他制品的.回收和回用方面至今仍为一薄弱环节,这不仅是一种资源浪费,而且严重污染环境,影响人类的生存和发展.

作 者：白木 周洁  作者单位： 刊 名：中国石油和化工 英文刊名：CHINA PETROLEUM AND CHEMICAL INDUSTRY 年，卷(期)： “”(2) 分类号：F4 关键词： 

篇3：可降解塑料的发展现状

PLA是以淀粉为主要原料,经发酵制得乳酸,乳酸再通过缩聚制得高分子化合物,它具有良好的生物降解性、生物相容性和生物可吸收性。使用后的固体废弃物在土壤和水中能被微生物完全降解成CO2和H2O,对人体无害无毒,对环境无污染。PLA作为完全可降解的高分子材料被称为“绿色塑料”,是新型环保材料研究的热点。目前,PLA在临床上已被广泛应用于药物控制释放材料、免拆手术缝合线和注射用微胶囊、埋植剂、骨材料、眼科材料等。此外,PLA还可用于农业、包装材料、日用杂品等领域。

1 PLA合成方法

PLA是以有机酸乳酸为原料生产的新型聚酯材料,性能优于现有塑料聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等材料。近年来,国内外研究PLA合成方法的单位和个人很多,其具体合成工艺可分为间接合成二步法、直接缩聚法和共聚改性法3种[1]。

1.1 间接合成二步法

间接合成法是最早实现工业化的方法,该法以乳酸或乳酸酯为原料,经二聚合成丙交酯,丙交酯开环聚合两步制得PLA[2]。这种方法工艺成熟,易于控制,可以获得相对分子质量上百万的PLA。但该方法的缺点是反应中间体丙交酯必须使用有机溶剂反复结晶提纯、干燥,导致工艺流程长、操作复杂、生产成本高。

针对开环聚合存在的缺点,许多人对PLA合成工艺做了改进。Matusmura等用脂肪酶催化丙交酯聚合,在80~130℃以下,得到相对分子质量27万的产品[3]。Jerome等采用反应挤出的方法,使丙交酯在同向旋转的双螺杆挤出机中完成开环聚合的过程,大大简化了工艺过程[4]。国内的张科等在无惰性气体保护和常压条件下,以辛酸亚锡为催化剂,采用微波辐射丙交酯开环聚合18 min得到相对分子质量在25 000左右的PLA,大大缩减开环聚合的时间[5]。

1.2 直接缩聚法

直接缩聚法是通过乳酸分子间脱水、酯化,逐步缩聚成PLA。近几年,对PLA直接缩聚合成方法的研究有很多报道,主要分为溶液聚合和熔融聚合。赵凌冲等用稀土氧化物(Y2O3)直接法催化合成了PLA,在120℃,绝压2 000 Pa下预聚5 h,再升温至140℃,绝压1 000 Pa下反应30 h,得到黏均相对分子质量为8.57×103的PLA[6]。实验表明,稀土氧化物均有催化直接合成PLA的效果,且易与产物分离。其中,Y2O3的催化性能比其他稀土氧化物的效果更好。

1.2.1 溶液聚合

溶液聚合就是在反应中采用一种不参与聚合反应,能够溶解聚合物的高沸点有机溶剂,与单体乳酸、水进行共沸回流除水,从而获得较高相对分子质量的PLA。该方法虽然能合成较高相对分子质量的PLA,但后处理相对复杂,反应时间较长,成本较高,且最终产物中残留的溶剂难以除尽。

Ajioka等采用二苯醚做溶剂,锡粉催化,连续共沸除水40 h,直接合成出相对分子质量为300 000的PLA,实现PLA的商品化生产[7]。Otera等利用Dean-Stark装置,十氢萘为溶剂,四丁基亚锡催化反应24 h,得到相对分子质量为78 000的PLA[8]。国内的陈连喜等以二苯醚为溶剂,将质量分数为25%的5A分子筛直接加入反应体系中,合成出相对分子质量为3 585的PLA,产率达94.6%[9]。赵崇峰等用苯甲醚做脱水剂,辛酸亚锡为催化剂,合成出相对分子质量为24 000的PLA[10]。

1.2.2 熔融聚合

熔融聚合是以乳酸为原料,直接加热进行缩聚反应,反应过程中反应体系始终处于熔融状态,生成的低沸物、水等依靠真空排除。该方法成本较低,但反应后期体系黏度大,反应水分难以脱除,产品相对分子质量增加缓慢且不易控制[11]。

Hiltunen等研究催化剂和反应条件对熔融缩聚合成低分子质量PLA的影响,所用催化剂有H3PO4,H2SO4,Zn C12,Sb2O3,乙酰丙酮铝,辛酸亚锡,二月桂酸二丁基锡,丁基钛和异丙醇钛[12]。结果表明,硫酸的催化效果最好,可使PLA的结晶度达到50.6%,熔点164℃。随着反应温度的升高,产物消旋化加剧,催化剂用量增加,PLA的相对分子质量增大,玻璃化转变温度随分子质量的增大而升高。

Moon等认为在L-乳酸聚合的初始阶段,L-乳酸及其低聚物含有端羟基和端羧基的比例高,反应体系的极性大。随着反应的进行,羟基与羧基缩合为极性小的酯基团,导致反应体系的极性减小,而反应体系极性的改变使得催化剂活性降低[13]。他们以Sn Cl2·2H2O为催化剂,研究热稳定性好、挥发性低的质子酸硼酸、磷酸对甲苯磺酸反应的影响,发现对甲苯磺酸的效果最好。m(对甲苯磺酸)∶m(Sn Cl2·2H2O)的用量为1∶1,180℃,1 330 Pa,反应24 h。添加对甲苯磺酸后,PLA的颜色由黑色蜡状变为白色纤维状,重均相对分子质量由4 000升至100 000,结晶度也增大。

Mai等研究了催化体系及反应条件对L-乳酸熔融缩聚的影响,当用Sn Cl2为催化剂时,最佳反应条件为Sn Cl2的质量分数为0.5%,180℃,10 h,70Pa,黏均相对分子质量为11 000[14]。

1.3 共聚改性法

PLA是很容易降解的高分子材料,本体侵蚀后,强度降低很快。随着PLA应用范围的不断扩大,单纯的PLA己不能满足新的实用要求。因此,为了扩大应用范围,通过乳酸与其他单体的共聚改性,就成了非常重要的研究课题。PLA的共聚改性就是通过调节乳酸与其他共聚单体的比例来改变聚合物的化学、物理结构,实现降解速度的可控性。常用的聚合单体有聚乙二醇、聚乙交酯及己内酯等。

程蓉等就PLA的改性技术及改性后的应用进展作了详细论述,指出PLA可以通过共聚、交联及表面处理等化学手段改变其分子结构和表面性质。也可通过共混、增塑及纤维复合等物理手段赋予PLA新的性能,以适应不同领域的需要[15]。PLA改性技术的发展,丰富了PLA的产品种类,拓宽了PLA的应用范围,必将促进PLA的快速发展。

2 PLA的研究情况

2.1 PLA的实验方法

本实验采用直接法—溶液聚合法来合成PLA。

2.2 PLA的实验步骤

将一定量的D,L-乳酸和二苯醚以及催化剂氯化亚锡加入到250 m L三口烧瓶中,安装好回馏装置,搅拌,抽30 min真空除气。然后缓慢加热到110℃后,在此温度反应3 h,减压除去反应体系中大部分的游离水,继续升温至设定的温度,反应16 h,冷却到常温,得到棕色透明固体。用丙酮、蒸馏水溶解,有大量白色絮状物生成,抽滤,在真空下干燥,得到白色粉末状产物。

2.3 PLA的实验结果讨论

1)真空度。乳酸的缩聚反应是一个热力学平衡过程,要提高PLA的相对分子质量,必须采用减压等方法,使处于平衡状态的副产物水尽可能地除去。在实验初期开始减压,是为了除去乳酸和溶剂里的水,使在加热后反应平衡向正方向移动。可是采用油泵直接抽真空的方法,对真空度没法达到量化,只能通过在泵与反应器之间加缓冲瓶达到减压的目的,这样反应体系的真空度达不到,PLA的相对分子质量不高。本实验采用的真空度为0.03 MPa。

2)催化剂。催化剂的用量直接影响PLA相对分子质量的高低。氯化亚锡的催化效果是最好的,但要控制好催化剂的用量,用量过多可能引发副反应。本实验催化剂的用量为0.5%。

3)聚合温度。乳酸的缩聚反应是放热反应,升高温度不利于生成高相对分子质量的PLA,但由于反应的热效应不大,升温对平衡常数的影响小。随着温度的升高,反应体系的黏度下降,有利于副产物水的排出。所以,聚合反应温度必须控制在130~150℃。

4)聚合时间。增加反应的时间,有利于体系脱水完全,使PLA的相对分子质量逐渐增大。但过多延长反应时间,会使PLA降解、氧化,反而造成PLA相对分子质量下降、产物变色。聚合反应时间是影响聚合物相对分子质量的大小的一个关键的因素。本实验所采用反应时间为16 h。

综上所述,用溶液缩聚法直接合成PLA,选用质量分数为0.3%的氯化亚锡为催化剂,二苯醚作为溶剂,聚合温度控制在130~150℃,反应时间为16 h,真空度为0.03 MPa,得到相对分子质量为4 000~5 000的聚乳酸。

3 PLA的研究趋势

PLA以其特殊的全生物降解性能,以及良好的生物相容性,在医学领域应用比较广泛,研究也较为深入,但需要解决的问题也较多。如研制无毒、高活性、反应条件温和、聚合物相对分子质量及分布可控的催化剂,尤其是活性聚合催化剂;通过分子设计,合成具有不同组成和特定结构的PLA及其共聚物;深入探讨聚合物的组成、结构与物理机械性能、生物降解性能等问题;提高聚合物的强度及解决植入后期反应和并发症等方面的问题;聚合物材料生产规模小,规格品种不全且价格较贵的问题。同时,对药物释放机制的稳定性、重复性的影响因素研究仍有很大不足。要实现制剂工业化,生产出无菌、稳定且重复性好的合格产品,需要一套复杂的制造工艺,并非简单地采用实验室条件下的工艺参数就能奏效。但应看到,肽类药物的PLA及其共聚物缓释制剂已显示出优势。随着其他多肽、蛋白、疫苗及基因药物的迅猛发展及特殊要求,PLA及其共聚物在药物控释体系中的应用面临良好的发展前景。

篇4：可降解塑料的发展现状

电影里的蜘蛛侠神通广大，现实版的蜘蛛侠也闲不住。这不，已经挑战了全球70多座高楼的法国“蜘蛛侠”阿兰·罗伯特又开工了，这次他的目标是最新的全球第一高楼：原名迪拜塔的哈利法塔。在开始攀登之前，蜘蛛侠预期要登顶这座2717英尺(828米)高的通天塔大概需要6－7个小时。

2007年5月31日，阿兰·罗伯特穿着蜘蛛人服装，徒手登上88层的上海金茂大厦。

电动汽车跑得越来越快

电动汽车能跑多快?时速250千米!让人们获得终极绿色跑车的驾驶体验。德国汽车制造商制造的这款电动跑车马力超过一些保时捷跑车，充电90分钟可行驶300千米。但要将这款跑车开回家，消费者还要耐心等上一段时间。

蘑菇塑料：制作可降解的汽车零件

你能想象出坚硬的汽车零件是用蘑菇做成的吗?位于美国纽约一家公司就神奇地利用蘑菇菌丝制造出可分解的环保汽车部件。

这种塑料以菌丝体(蘑菇根部)和农业废料(如谷物的外壳等)为原料制造，它可以代替聚苯乙烯泡沫塑料。

研究者计划与汽车公司合作，利用蘑菇塑料生产车挡板、保险杠等部件，这样可以使汽车实现部分程度的可降解。在到达使用期限掩埋后一个月左右就能分解。

史上最强火箭可送人类上火星

美国民营太空公司“SpaceX”宣布，他们将建造自人类登月以来最强大的火箭。这款名为“重型猎鹰”的火箭预计2013年首次发射，其运载能力是美国现役航天飞机的2倍，能将货物、人员送上月球、小行星甚至火星。

“重型猎鹰”高69.2米，相当于20层楼高，推力相当于15架波音747同时起飞。

世界上首艘“飞碟”可垂直飞行

伊朗科学家研制出一款“飞碟”，命名为土星。

篇5：淀粉基可生物降解塑料综述

淀粉基可生物降解塑料综述

院 系：化学与材料工程学院

学 号：1024101 姓 名：

指导教师：雷佑安 张艳花

日 期：2014年01月02日

摘要

淀粉作为一种天然高分子化合物，其来源广泛、品种多、成本低廉，在自然环境下完全降解为二氧化碳和水，对环境不造成任何污染，因而淀粉基降解塑料成为国内外研究开发最多的一类生物降解塑料。本文详细介绍了淀粉基生物降解材料的性能，重点介绍了生物淀粉基降解塑料的国内外研究进展。

【关键词】淀粉基，塑料，生物降解

Abstract The starch is a natural polymer，and its wide variety of sources，varieties，low cost completely degraded in the natural environment as carbon dioxide and water，will not cause any pollution in the environment.Starch-based biodegradable plastics become the largest domestic and international research anddevelop a class of biodegradable plastics.This article introduces in detail the structure and biological properties of starch，starch-based focus on bio-degradable plastic research developments were briefly described.【Key Words】starch，plastics，biodegradation

目录

1.引言...........................................................................................................................1 2 淀粉基生物降解材料简介........................................................................................2 2.1 淀粉基生物降解材料的定义.........................................................................2 2.2 降解机理.........................................................................................................2 2.3淀粉基生物降解材料的优良性能..................................................................3 2.4 淀粉基生物降解塑料分类.............................................................................3 3.国内外研究进展.......................................................................................................4 3.1 国内淀粉基生物降解塑料研究进展.............................................................4 3.2 国外淀粉基生物降解塑料研究进展.............................................................5 4.存在的问题及展望...................................................................................................6 5.参考文献...................................................................................................................7

1.引言

随着塑料产量的迅速增长，废弃塑料的后处理及造成的环境污染越来越受到各国的关注。美国、欧共体和日本年产塑料垃圾分别为1300 万吨、450 万吨和6.5 万砘。塑料垃圾造成的环境污染已成为全球性的问题。

意大利、丹麦、瑞士、瑞典及美国的一些州已立法禁止使用那些“短期使用”的非降解塑料或课以附加税。我国的一些城市也已作出规定，禁止使用非降解的一次性使用快餐盒。

开发降解塑料是解决塑料污染的一个有效途径。

自1973 年Griffin首次获得有关表面改性淀粉填充塑料的专利以来，淀粉基生物降解塑料迅速发展，是目前应用最广泛的一种生物降解塑料。

淀粉基生物降解材料简介

2.1 淀粉基生物降解材料的定义

淀粉含量在51%以上的制品即称为淀粉基制品。所谓“淀粉基生物降解材料”是采用植物淀粉为主要原料，经过化学和物理工艺方法将其改性并塑化，经挤压、成型后制成的制品。淀粉基生物降解材料产品主要成分是可生物降解天然高分子淀粉，在微生物的作用下分解为葡萄糖，再分解为水和二氧化碳，对环境没有任何污染。[1]

淀粉基生物降解塑料已有 30 年的研发历史，是研发历史最久、技术最成熟、产业化规模最大、市场占有率最高的一种生物降解塑料。淀粉与 PE、PP、PVA、PCL、PLA 等聚合物共混粒料已批量生产。[2]

2.2 降解机理

生物降解材料的降解机理就是材料被真菌、霉菌和细菌等作用消化吸收的过程。[3]一般认为生物降解并非单一机理，是复杂的生物物理、生物化学作用，同时伴有其他物理化学作用，如水解、氧化等，这些作用相互促进，具有协同效应。

生物降解过程主要分为三个阶段：（1）高分子材料表面被微生物黏附，黏附表面的方式会受到高分子材料表面张力、表面结构、多孔性、温度和湿度等因素的影响；（2）微生物在高分子表面分泌的酶的作用下，通过水解和氧化等反应将高分子断裂成相对分子量较低的小分子化合物；（3）微生物吸收或消耗小分子化合物，经过代谢最终形成CO2、H2O。

降解过程除以上生物化学作用外，还有生物物理作用，即微生物侵蚀高分子后，细胞增大致使高分子材料发生机械性破坏。[3]

2.3淀粉基生物降解材料的优良性能

淀粉基生物降解材料产品具有机械强度好、柔韧性强、抗冲击强度高、耐温性强、耐水、耐油、不软化、不变形和可塑性强等特点。它具有实用性、安全性、经济性及可降解等优势，在工业上可以代替一般通用塑料等，可以用作包装材料，防震材料，地膜，食品容器，玩具等，而且淀粉基降解材料制品可降解、可回收利用，处理成本远远低于塑料制品、纸制品。

由于淀粉具有优良的生物降解性能，淀粉环境降解型塑料在特定的环境下，引起某些结构组成损失，其化学结构能够在较短的时间内发生明显的变化的一类塑料，在21世纪淀粉基塑料将会是一类应用极其广泛的“功能聚合材料”。[4]

2.4 淀粉基生物降解塑料分类

淀粉基生物降解塑料可分为填充型淀粉基塑料和完全生物降解淀粉塑料。填充型淀粉基塑料〔w(淀粉)=7%～30%〕，即属于生物破坏性塑料，它只有淀粉降解，其中的 PE、PVC 等很少降解，一直残留于土壤中，日积月累仍然会对环境造成污染，此类产品已属于淘汰型。真正有发展前途的是全淀粉塑料〔w(淀粉)≥90 %〕，其中添加的少量增塑剂也是可以生物降解的。这类塑料在使用后能完全生物降解，最后生成二氧化碳和水，不污染环境，是近年来国内外淀粉降解塑料研究的主要方向。[5]

3.国内外研究进展

3.1 国内淀粉基生物降解塑料研究进展

我国在20世纪90年代初就开展了全淀粉基热塑性塑料(TPS)的研究。但仍然存在着耐水性和可塑性较差，生产成本较高等问题。为此，近年来淀粉基生物降解塑料仍然是研究的热点。

李仁焕等以以甘油为增塑剂，木薯淀粉为原料然后加入 PLA 或 PCL 中熔融共混制备出热塑性淀粉/聚乳酸-聚己内酯生物可降解高分子共混材料，对淀粉进行塑化处理得到易于加工的热塑性淀粉（TPS），将 TPS加入聚乳酸-聚己内酯共混来制备生物降解材料，不仅可降低材料的成本提高其降解性能，还可以解决日益严重的环境污染问题缓解石油资源的压力。甲基丙烯酸甲酯接枝乙烯辛烯共聚物（GPOE）用作增韧剂来进一步改善PLA/TPS。

纪敏等通过对淀粉预处理、PVA 预处理以及共混塑料的加工过程三个方向来进行淀粉 /PVA 可生物降解塑料的研究，来缩短制品的生物降解周期以及如何更好地满足环境和使用要求。

[7]

[6]武战翠等通过高碘酸钠对玉米淀粉进行氧化改性，用流延法制备了双醛淀粉(DAS)基可完全生物降解塑料薄膜。研究了各组分的含量对DAS基复合薄膜的力学性能和耐水性影响。采用傅立叶红外光谱任TIR)、扫描电镜(SEM)、x射线衍射(XRD)、热重分析(TG)对复合材料的结构及性能进行了表征。结果表明，经添加黄麻纤维后，由于其表面具有较多的轻基，能够促进DAS与PVA的共混相容性，在提高力学性能的同时，也改善了复合材料的耐水性。

黄明福等用氨基乙醇活化蒙脱土(EMMT)，然后再与甲酰胺/氨基乙醇塑化的热塑性淀粉(FETPS)经熔融插层聚合，成功制备了FETPS /EM2MT生物降解纳米复合材料。通过广角X射线衍射、扫描电镜和透射电镜研究表明，FETPS可以成功地插入EMMT片层结构间。当EMMT含量为5%时，纳米复合材料的力学性能均优于纯热塑性淀粉塑料，拉伸强度达到7.5 MPa，弹性模量增至145.1 MPa，其热稳定性和耐水性也有较大地提高。

以聚丁二酸丁二醇酯(PBS)为基体树脂，以淀粉为填料对PBS进行填充改性，淀粉颗粒作为填充物加入到PBS中，起到了类似于无机填料增强的作用。[8]

唐玉邦等采用改性淀粉，MAH-g-PE、弹性粒子及增塑剂与PE-LLD，改善淀粉与PE-LLD的相容性，成功开发淀粉含量达到70%的生物降解材料。[9]

张鑫等研究了聚乙二醇(PEG)用量对淀粉-PLA 原位熔融接枝反应的影响以及淀粉/PLA 可降解材料的力学性能和耐水性

能，结果表明：PEG 能有效地提高淀粉接枝率，改善淀粉与 PLA 的界面相容性和黏结效果，同时提高了淀粉/PLA 材料的拉伸强度和耐水性能。[10]

3.2 国外淀粉基生物降解塑料研究进展

Xue将淀粉和聚乳酸混合之后，再将甘油加入到混合物中，得到了机械性能较好的生物降解材料。[11] Ying Wu等利用琼脂和马铃薯淀粉制备了甘油基薄膜，并对其性能进行了测试。红外光谱分析表明:在二者之间存在着分子间氢键作用。淀粉和琼脂是相容的。薄膜为非结晶结构。琼脂的加入有效改善了淀粉薄膜的微观结构，进而提高了材料的机械力学性能和潮湿环境下的水蒸气渗透性。有望拓宽马铃薯淀粉薄膜在食品包装领域的应用前景。[12]

Pengwu Zheng等利用乳酸和乙二胺合成了2-羟基-N-[2-(2-羟基-丙酰)-乙基]丙酰胺(HPEP)，与甲酰胺混合制成复合增塑剂，制备了热塑性淀粉。红外光谱结果表明:复合增塑剂能够与淀粉的C-O形成化学键作用。扫描电镜观察显示甲酰胺和水分的存在更有助于甲酰胺/HPEP /水形成均相体系。XRD分析显示甲酰胺和HPEP可以有效抑制淀粉重结晶。TPS在相对湿度为50%条件下保存50天后，结果表明:初始水分对淀粉重结晶行为没有影响。TPS的力学性能和耐水性均得到改善。[13]

4.存在的问题及展望

淀粉降解塑料有优异的降解性能，在1个月到1年的较短时期内完全降解而不留任何痕迹，无污染。但也有许多不足，如价格太高，防水性太差，该技术一直是难题，而耐水性恰恰是传统塑料在使用过程中的优点，且其力学性能、强度及柔韧性都不如通用塑料等，所以制备复杂形状和厚度大的制件是困难的。再次，国内外均无统一认可的定义、评价方法和标准。主要由于降解塑料的降解性能制约因素很多，各国的地理环境、气候、土壤成分、垃圾处理方式等又有许多差异，要建立起统一、完整的评价方法还需时间。

淀粉降解塑料主要开发趋势为，研究高效价廉的生物诱发剂、降解促进剂、光敏剂，开发准时可控性环境降解塑料。对全淀粉生物降解塑料进一步开发。随着全生物降解塑料生产工艺的进步、产品性能的改善和生产规模化成本的下降，我们相信全淀粉生物降解塑料产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。

5.参考文献

篇6：可降解塑料的发展现状

【摘 要】食品包装业是包装工业的重要组成部分，它带来的环境污染问题也日益严重。本文就国内外可食性与全降解食品包装材料的研发与生产现状进行了综述。分析了石油基塑料包装带来的社会问题和国内外全降解食品包装材料研发现状与趋势，指出了大力发展全降解食品包装材料的必要性和紧迫性。【关键词】 食品包装;生物降解;现状;趋势关键词

【Abstract】 Food packaging is one of the most important parts in packaging industry，which leads to increasingly serious environment pollution． This paper reviewed the global development status and trend of edible and biodegradable food packaging materials． It analyzed the social problems resulted from petrochemical-based plastic packaging and research status and trend in developing biodegradable food packing materials． It also pointed out the necessity and urgency for energetically developing full biodegradable food packaging materials． 【Key words】food packaging;biodegradable;status;trend

我国人口众多，食品消费总量巨大，用于食品包装的非降解材料造成的环境污染比其他国家更加严重。虽然全降解包装材料完全取代非降解包装材料还需要大量的研究和开发工作，但在食品包装领域，全降解食品包装材料代替非降解食品包装在不久的将来即可实现［1］。本文就国内外全降解食品包装材料的研究、开发现状与趋势进行综述，以期为我国全降解食品包装材料的研究与工业化生产提供借鉴。全降解食品包装材料的发展背景

1． 1 石油基非降解塑料带来的社会问题

资源、环境、人口是制约我国21 世纪可持续发展的三大主要问题。保护环境、节约资源已是世界各国实现可持续发展的基本战略。曾经为人类带来极大方便的塑料制品造成的环境污染和对能源的消耗越来越受到广泛关注。由于我国人口基数巨大，经济高速增长，非降解塑料的生产和消费量呈爆炸式增长，已引起诸多社会问题。

1． 1． 1 环境污染日益严重

目前，世界塑料制品的总产量超过2． 0 亿t，每年以5% 的速度增长［2］。我国塑料制品连续5 年呈两位数增长，2010 年产量已达到5 300 万t［3］，居世界第二。全球废弃的一次性塑料包装制品每年达6 000万t［2］，我国每年的塑料废弃物的拥有量已超过400 万t［5］，给环境保护带来巨大压力。在污染环境的塑料废弃物中，大约70% 属于一次性塑料用品。食品包装是包装工业的大户，占包装工业70%左右［6］。因此，食品包装塑料废弃物对环境污染也最大。大量的食品包装塑料废弃物散落在居民区、路边、车站、码头和风景区，令人触目惊心。食品包装废弃物不仅严重污染了人类的居住环境，造成严重的视觉污染，影响旅游业的健康发展，而且在掩埋、焚烧过程中还会产生大量的有毒、有害物质污染空气、水源和土壤。因此，治理食品塑料包装带来的环境污染已迫在眉睫。1．1．2 石油资源日益紧缺

石油是一个国家重要的战略物资和化工原料。随着经济的发展，国家对于石油的需求也必然要不断增长。我国目前石油供需形势严峻，近10 年来，石油产量年均增长率只有1． 8%，但石油消费增长率稳定保持在6%以上，由此形成了石油供给的巨大缺口［7］。从各行业消费石油总量看，我国石油主要消费在工业部门，其次是交通运输业、农业、商业和生活消费等部门。其中，工业石油消费占全国石油消费总量的比重为42%;交通运输石油消费量占34% 左右;农、林、牧、渔、水利业占20%左右;其他消费石油比重仅为4%左右。

目前我国广泛使用的一次性塑料制品大都由石油加工而成，而石油属不可再生资源。我国是世界上第二大石油进口国，随着油价的持续上涨和国际环境的紧张，石油将成为制约我国经济发展的关键瓶颈。我国的各种塑料制品石油消耗量占我国石油消耗总量的8% ～ 10%，我国塑料工业的高速发展，对石油的需求量越来越大。因此，利用可再生资源，研究开发生物降解塑料是解决我国当前石油资源紧缺的重要措施之一。

1．1．3 石油基食品包装材料存在食品安全隐患

石油基食品包装材料在加工过程中，为了改善制品应用性能，常加入多种加工助剂。包括增塑剂、稳定剂、润滑剂、交联剂等。食品包装塑料中的增塑剂大多为环境内分泌干扰物(environmentalendocrine disrupters，EEDs)，它们能够改变内分泌系统的正常功能，并对相应的器官和后代产生负面影响。这些增塑剂通过食品包装材料进入食品。

国内外关于食品塑料包装污染造成男性生育能力降低，女童性早熟的问题已有较多报道，为了保证食品免受塑料包装的污染，除了建立健全相关法律法规之外，开发绿色安全的食品包装材料已刻不容缓。1．1．4 非降解塑料包装遭遇国际贸易壁垒

我国不仅是食品生产大国，而且是食品出口大国。我国食品出口的主要国家有美国、日本和欧盟等，这些国家对进口食品包装相继出台了一系列技术法规和措施，加强了对进口食品包装安全的管理。其中有些技术要求已成为一些发达国家实施技术性贸易壁垒的手段。近年来，我国出口食品包装容器、包装材料因质量安全问题多次被国外通报，有些出口产品因包装问题遭遇退货。出口食品如何跨越国外食品包装新门槛，是我国政府和食品出口企业亟待解决的一项新课题。1．2 可食性与全降解食品包装是解决石油基食品包装问题的必由之路

目前，石油基塑料造成的环境污染日益严重，传统塑料包装引发的食品安全问题愈加突出，非降解食品包装材料造成的技术性贸易壁垒逐渐形成。因此，大力推进低碳、绿色的可食性与全降解食品包装材料的研发、生产与应用是解决我国目前食品包装问题的必由之路。

可食性与全降解食品包装材料是以淀粉、蛋白、纤维、脂类等食品级可再生资源为原料，采用先进的专用设备和工艺制备的一类新型食品包装材料。具有可食性、全降解性、选择通透性、安全、方便等优点。可食性与全降解食品包装材料主要包括可食性食品内包装膜、食品可食性涂膜、全降解一次性食品包装膜、全降解一次性食品包装餐饮具等。可食性与全降解食品包装材料的大规模工业化生产与商业应用，替代石油基非降解食品包装材料，有利于解决“白色污染”、应对国际贸易壁垒，确保食品安全，对缓解我国生态环境恶化和资源短缺，促进我国循环经济和低碳产业的发展具有重大的意义。2 国外全降解包装材料发展现状与趋势分析 2．1 世界生物降解塑料市场发展现状与趋势

目前世界石油基塑料制品的消费量已超过2．0 亿t，并以5%的速度增长，已是除能源和交通运输业之外消耗原油最大的领域。近年来，随着石油基合成塑料应用的快速增长，对能源的消耗日益增多，废旧塑料造成的环境污染日益严重，已成为国际社会普遍关注的重大问题。采用生物降解塑料代替传统塑料已显得越来越重要。因此，世界各国投入巨大的人力、物力和财力开发生物降解塑料，以代替石油基非降解包装材料。近10 年来，世界生物降解塑料市场发展迅猛。据欧洲生物降解协会统计，世界生物降解塑的总产量从2000 年的2．8 万t 增加到2010 年的40万t，年递增30．1%。该协会预测，到2012 年，世界生物降解塑料的总产量将达到76万t［11］。

可以看出，西欧是最大的生物降解塑料消费市场。西欧国家主要依靠法规限制非降解塑料的使用，从而推进生物降解塑料的发展。近年来，在低碳经济和循环经济的框架指导下，北美和亚洲的生物降解塑料发展很快，生产能力快速提升。

2009 年，包装是降解塑料的最大市场，约占降解塑料市场总容量的38%，然后依次是填充材料、塑料袋、衣物纤维等，其他产品占的比例只有8%.国内外可食性与全降解食品包装材料发展现状与趋势。在包装用降解塑料中，食品包装是生物降解塑料发展最快的应用市场。美国的可食性包装产值由1999 年的100 万美元迅速增加到2009 年的1 亿美元［12］。

2．2 世界可食性与全降解食品包装材料发展现状与趋势

由于全球人口增长，属于一次性、短期的食品包装对石油的消耗和环境的污染越来越严重。因此，在新的历史条件下，可食性、全降解、智能型食品包装已成为世界各国食品包装发展的重点。目前世界可食性与全降解食品包装材料生产与应用技术正朝着专用化、纳米化、高效化方向发展。2．2．1 可食性与全降解食品包装材料的专用化

开发由于食品种类繁多，对食品质量保持和延长货架期的要求各不相同，因此可食性与全降解食品包装材料的开发必需有针对性，即针对具体的应用开发相应的可食性、全降解食品包装材料。目前，可食性膜已广泛用于鲜切果蔬、畜禽类食品、调味料、快餐食品、坚果类食品、功能食品、药品等产品中。针对不同类型的食品，确定不同的成膜组分和工艺，实现可食性膜的最佳性能和最低成本，扩大可食性膜的应用范围还需要大量的研究与开发。

2．2．2 纳米技术在可食性与全降解食品包装中的应用［13］

可食性与全降解纳米复合材料是由天然高分子与纳米添加剂复合制得的食品包装材料。天然高分子物质包括多糖(淀粉、纤维素、壳聚糖、亲水胶体等)、蛋白、脂类及其混合物。天然高分子材料本身形成的食品包装材料存在机械强度差、阻隔性能差的缺陷，很难推广应用。纳米技术很好的解决了上述缺陷，已有商品化的产品投放市场。如美国杜邦公司开发的二氧化钛纳米复合材料，由于对紫外光的阻隔性能良好，可显著延长食品的货架期。Rohm 和Haas 开发的丙烯酸纳米复合材料可显著提高聚乳酸包装材料的强度。聚乳酸来源于玉米、马铃薯等可再生资源，被公认为是最具商业化潜力的生物降解材料。聚羟基丁酯是由Alcaligenes eutrophus 等微生物产生的一种可生物降解的聚合物，具有良好的工业应的一种可生物降解的聚合物，具有良好的工业应用前景。但是这两种生物聚合物制备的降解材料很容易老化，影响了相关产品的开发应用。它们与纳米添加剂形成纳米复合材料后，可显著改善产品性能。纤维素与纳米粒子形成的复合材料，其阻隔性能显著改善。其他生物高分子如淀粉、壳聚糖、酪蛋白、乳清蛋白、明胶和大豆蛋白与纳米颗粒形成纳米复合材料后，机械性能和阻隔性能得到显著改善。天然可食性生物材料特点各有不同: 淀粉、纤维等多糖类成本低，阻氧性好，但阻水性能差;蛋白膜具有良好的可塑性、弹性和阻氧性，但其阻水性差;脂类膜具有良好的阻水性，但阻氧性和机械性能差。解决这些问题的有效途径是制备纳米复合材料。国际上许多知名科学家预测，未来10 年内，纳米复合材料的研发将极大的推动可食性与全降解食品包装材料的工业化生产与商业化应用。2．2．3 可食性与全降解食品包装材料生产工艺及装备研发现状与趋势

采用现代溶液流延和干燥工艺进行可食性膜的商业化生产始于20 世纪60 年代［12］。最早美国陶氏化学公司以羟丙基甲基纤维素为原料，生产可食性包装膜，用于维生素和矿质元素营养强化剂的包装。近年来，以纤维素醚、淀粉、果胶、海藻酸钠、明胶、普鲁兰多糖以及这些材料的混合物生产的可食性膜已开始商业化应用。乳清蛋白膜和大豆分离蛋白可食性膜也已开始商业化应用。在整个世界范围内已有数家公司设计制造了可食性包装膜的工业化生产装备和车间。目前国际上可食性膜的商业化生产方法主要为溶液流延法，有钢带传送和支撑介质涂布两种形式。该方法虽然具有膜透明度好、质地均匀、易于控制等优点，但也存在能耗高、生产效率低的明显缺陷。因而，国内外学者对干法挤出制膜进行了探索性研究。瑞典查尔姆斯理工大学的Thunwall 教授领导的课题小组以氧化羟丙基淀粉为原料，进行了可食性膜的挤出吹膜研究［14］，但膜的机械性能，阻隔性能和稳定性还较差。Zullo等［15］采用高直链玉米淀粉，以尿素为增塑剂，采用吹膜法制备了全降解食品包装膜，但未能实现

稳定、连续吹膜。Padua 等［16］以玉米醇溶蛋白为原料，采用挤出吹膜工艺制备了玉米醇溶蛋白可食性膜，但膜的性能还较差。Krochta 等［17］以乳清蛋白为原料，采用挤出流延工艺制备了乳清蛋白可食性膜。

目前，采用挤出制膜的设备基本上是借用石油基塑料膜的生产设备，在试验过程中存在不同程度的喂料不均匀，天然生物大分子的分解、焦化、起泡、涌流等造成试验过程不稳定的现象。到目前为止，国际上还没有采用挤出工艺制备可食性膜的成型生产线，挤出制膜方法也没有得到商业化应用。虽然如此，国际上许多知名科学家已形成了一个基本共识，即通过对现有塑料挤出设备的改造，根据生物大分子的工艺特点，设计专用的螺杆、机头模具和辅助设备，通过对产品配方和生产工艺参数的优化，实现天然高分子基可食性膜的连续稳定生产，是未来可食性与全降解食品包装膜的发展趋势。我国全降解食品包装材料发展现状与存在的主要问题 3．1 我国生物降解塑料整体发展情况

随着建设资源节约型、环境友好型社会，大力发展循环经济和低碳产业，实现社会全面、协调、可持续发展，我国生物降解塑料行业顺应国际发展大趋势而蓬勃发展起来。根据中国塑协降解塑料专业委员会的统计，我国2003 年生物降解材料的用量约1． 5 万t，2007 年产能6 万t /年，实际生产约3 万t，2009 年全国生产生物降解塑料7 万t，到2010 年底，我国生物降解塑料的产能迅速增加到15 万t［18］。

我国的生物降解塑料按原料可分为天然生物降解塑料，微生物合成降解塑料和化学合成生物降解塑料。近3 年来，我国在这三种生物降解塑料方面取得了突破性进展。目前我国淀粉全降解塑料(plastic of starch materials，PSM)有效产能已超过10 万t /年［18］。在微生物合成塑料方面，浙江海生生物降解塑料股份有限公司建成的5 000t /年聚乳酸(polylactic acid，PLA)生产装置，是目前国内唯一实现了PLA 规模化和商业化的项目，其产品性能也基本达到美国Cargill Dow 公司产品水平［18］。宁波天安生物材料有限公司是目前我国唯一实现了商业化和规模化生产聚羟基丁酸－ 戊酸酯(PHBV)的企业。以淀粉为原料，通过生物发酵生产PHBV 技术打破了日、美长期以来对该领域的垄断，目前正在由1 000t /年向10 000t /年扩产［19］。2007 年4 月，扬州市邗江佳美高分子材料有限公司建成2 万t /年PBS 装置，终结了我国长期以来没有规模化PBS 装置的历史，这也是目前世界上最大的PBS 生产装置。PPC 是二氧化碳与环氧化合物共聚而成的生物降解塑料，我国技术水平和产业化水平世界领先。3．2 我国可食性与全降解食品包装材料发展状况

我国是世界上最早使用可食性包装的国家之一。在12 世纪，我们的祖先就用打蜡的方法延长柑橘的保质期。可食性香肠肠衣和糯米纸也是我国应用最早的典型可食性包装。目前，我国的可食性涂膜和可食性包装膜主要应用在水果、蔬菜、糖果、坚果和糕点等食品中。山东农业大学在国家863 重点项目的支持下，开展了可食性与全降解食品包装材料的关键技术及工业化生产装备的研究，取得以下重大成果: ①通过化学修饰、分子设计、材料配伍和工艺参数的优化，实现了淀粉基全降解食品包装膜的挤出吹塑工艺的连续、稳定生产，突破了国外学术界关于淀粉不适合吹膜的定论，并创建了2 条具有能耗低、生产效率高，适于工业化连续生产的新型可食性淀粉膜的挤出吹塑工艺和挤出压延工艺中试生产线。

②成功地开发了大豆分离蛋白基可食性膜和羧甲基纤维素－ 木薯淀粉复合膜溶液流延成膜生产新工艺，研制出新产品大豆分离蛋白－ 普鲁兰多糖复合膜和羧甲基纤维素—木薯淀粉复合膜，为可食性膜的工业化生产开辟了一条新途径。

③在国内外率先研制成功甜樱桃可食性涂膜和蒜米可食性涂膜、鲜切藕片的可食性涂膜和鲜切生姜可食性涂膜。解决了甜樱桃及蒜米失重、失鲜，鲜切山药、莲藕贮藏期间褐变和延长鲜切生姜货架期等技术问题。

④揭示了以植物果蔬纤维等可再生资源为主料的全降解材料的降解机理和固液共容均相体形成机理，开发了系列产品成分配伍技术，以及专用涂覆材料表面分布规律及其抗破坏、抗侵蚀、抗变形等技术。

⑤采用生产线框架积木式组合结构和模块化装配方式研究开发了国内首套全降解一次性餐饮具生产线，该生产线可方便组合并具备自动控制和自动检测等功能，高效节能，操作简便，生产全过程无污染、无三废产生。开发生产的可食性全降解一次性餐饮具，在生产、使用、废弃等全生命周期内无污染，可完全生物降解。

由于可食性包装具有可食、无污染、延长食品货架期等多重作用，具有巨大的应用价值和潜在市场，国内有多家研究机构开展了可食性包装方面的课题研究，公开了40 多项发明专利。研究内容包括水果蔬菜的可食性涂膜、冷鲜肉的可食性涂膜，可食性包装膜的配料及工艺研究。国内对可食性膜的配方及工艺研究还主要停留在实验室水平的溶液流延法制膜。

目前，全国一次性快餐盒年消费量大约150亿只，可回收、可降解的环保饭盒占60%，国家明令禁止的一次性发泡塑料餐盒占40%。在60%的环保饭盒中，有一半左右(也就是30 多亿只)不能完全达到安全、卫生和环保要求，真正符合要求的环保饭盒大约只有30 亿只左右［21］。另外全国一次性水杯的用量大约100 亿只，一次性托盘的用量大约80 亿只，一次性碗类(包括方便面碗)的用量大约60 亿只，一次性筷子用量大约400 亿只，还有刀叉勺等目前尚无统计数据［21］。因此，可食性与全降解食品包装材料在我国具有巨大的市场潜力和开发价值。

3．3 我国可食性全降解食品包装材料存在的主要问题及发展趋势 3．3．1 存在的主要问题

在大力发展和推进循环经济和低碳产业的大环境下，我国生物降解塑料行业得到跨越式发展，现有产能和未来3 ～ 5 年的规划产能在世界生物降解塑料生产中占有重要份额。但与国外生物降解塑料质量上乘、产品品种多、应用领域广、市场快速增长等情况相比，我国降解塑料，尤其是可食性与全降解食品包装材料生产和应用方面还存在较大差距。

①产品的性能和稳定性有待提高。可食性与全降解食品包装无论是包装容器的加工与成型，还是所得到的包装制品，其性能与传统塑料包装相比，差距较大，还需进一步提高。

②生产成本有待降低。可食性与全降解食品包装的研究、生产均属于未成熟阶段，还未形成规模效益，从而使得成本相对较高，为了面向市场，还有待降低成本。

③关键技术和装备有待完善。可食性与全降解食品包装材料的相关制造工艺和装备还不十分成熟，技术参数还不十分稳定，只有少数成果进行了中试和示范性生产，要真正实现大规模工业化生产和商业化应用，还有很多工作要做。

④产品品种和类型有待开发。目前，可食性与全降解食品包装领域重研究、轻开发现象比较严重。国内有几十家科研单位，进行了10 多年的研究，成果、专利数目不少，但真正转化应用的很少。大部分企业将关注的重点集中在材料合成上，而忽略了制品加工和开发。

⑤舆论氛围有待于营造。在西方发达国家，可食性与全降解食品包装材料的快速发展与消费者极强的环保意识密切相关。在我国，消费者对于生物降解塑料的认知度还很低，影响了企业的市场开发。

⑥相关法律法规有待于完善。国外可食性与全降解食品包装市场的快速启动与相对完善的法律、法规密切相关。如很多国家和地区都禁止使用一次性非降解食品包装，我国只是限制使用。同时，假冒伪劣产品充斥市场，扰乱了市场秩序。目前还没有针对该产业的具体扶持政策，或扶持政策不到位，使得国内生物降解塑料市场迟迟没有启动，国内企业生物降解材料大部分以出口为主，市场一直在外不利于行业的持续、健康发展。3．3．2 发展趋势

由于我国的人口众多，食品消费总量巨大，一次性非降解食品包装材料带来的环境问题比其他国家更加突出，因此，生物降解塑料在我国具有巨大的发展潜力和市场价值。基于对这一点，国内科研单位对生物降解塑料的研发日趋活跃，国内企业对生物降解塑料的热情空前高涨，新建、扩建和规划建设的项目很多。预计未来3 ～ 5 年，我国生物降解塑料的产量将呈现爆炸式增长。国内可食性与全降解食品包装材料的发展趋势呈现以下特点:

①由单一材料向复合材料方向发展。由于单一材料的局限性限制了可食性与全降解食品包装材料的进一步发展，复合膜可集中不同材料的优点，更可能实现产品性能的大幅度提高。

②现有研究成果的技术集成。通过对膜材料的物理、化学和酶法改性，制膜工艺的优化和在食品包装中的应用研究，进一步提高全降解、可食性膜的性能，降低生产成本。

③新型降解材料的研制及其在可食性与全降解食品包装材料上的应用。研究表明纳米复合材料应用于可食性、全降解包装膜后，其阻隔性能、机械强度得到明显提高，由于纳米材料本身的抗微生物特性，赋予了膜更好的功能特性。

④可食性与全降解食品包装材料专用装备及工业化生产技术的研究。工业化生产装备及技术的缺乏阻碍了可食性、全降解食品包装材料的进一步发展，只有开发出全自动专用成套设备和工业化生产技术，才能实现可食性、全降解食品包装材料的工业化生产和商业化应用。

⑤抗菌、抗氧化新型活性包装技术研究开发日益活跃。4 展望

根据我国治理环境和节能减排国策和有关法规，解决“白色污染”，保护水体、土地和植被，已到了刻不容缓的关键时期，一次性非降解食品包装材料量大面广，回收困难，垃圾处理费用高昂。因此，采取必要措施，推动我国可食性与全降解食品包装材料的研发和工业化生产与商业化应用，是一个既现实又迫切的重大课题。

4．1 可食性与全降解食品包装材料的整体发展思路

①按照循序渐进、统筹规划的原则，先易后难，逐步推进。技术、产品和装备成熟一个，转化一个，应用一个，保证市场稳步扩大。

②加大资金支持力度和范围。将国家资金支持渗透到产品研发，中试和成果转化的每一个环节。

③加快制订相关政策和法规，为可食性与全降解食品包装材料的生产和应用提供良好的发展环境。

4．2 可食性与全降解食品包装材料的发展方向和重点任务

根据国外可食性与全降解食品包装行业的发展经验，结合我国可食性与全降解食品包装材料的发展现状，今后的发展方向和重点任务包括:

①可食性与全降解食品包装材料物质传递、成型、增塑、降解机理等相关基础理论进行系统研究。

②进行可食性与全降解食品包装纳米复合材料的合成与应用研究。

③多层复合可食性膜与全降解食品包装材料，研究不同材料的相容性及改进措施。

④进行多功能可食性包装材料的研发，形成抗氧化、抗菌、抗褐变、阻气、阻湿等不同特性的多功能可食性膜。

⑤进行低耗、高效、自动化专用生产装备的设计、制造与应用。

在石油资源日益紧缺，环境污染日益严重的情况下，发展循环经济和低碳产业已成为各国的战略选择。减少和治理我国一次性非降解食品包装造成的环境污染已刻不容缓。建议国家对可食性与全降解食品包装材料的研发、生产与应用提供资金、政策和发展环境上的支持，让这一利国利民的产业尽快发展壮大，为实现我国经济社会的长期、快速、稳定和全面发展做出贡献。

参考文献

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