拿什么替代你 塑料

2021年，號稱我國史上最嚴(yán)的“限塑令”正式生效。

走進(jìn)各大商場，曾經(jīng)可以付費購買的塑料袋消失了蹤影，環(huán)保袋取而代之，成為人手一只的暢銷品。不少連鎖咖啡、奶茶店將塑料吸管替換成了紙吸管的同時，卻也帶來了強(qiáng)度低、易吸濕等缺點。一時間，“用紙吸管喝奶茶有多難”成了熱門話題，甚至有網(wǎng)友針對不同品牌使用的紙吸管進(jìn)行了測評，分享個人“食用”體驗。

塑料自發(fā)明以來，給人類的衣食住行帶來了巨大進(jìn)步，在家用電器、包裝材料、建筑設(shè)施、醫(yī)療器械等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。但由于其降解緩慢甚至不能降解，“白色污染”問題日漸成為全球生態(tài)環(huán)境的不可承受之重。

“千用材料”也讓人煩惱

塑料偶然產(chǎn)生于一位英國攝影師——亞歷山大·帕克斯的暗房之中。

攝影中使用的材料之一是“膠棉”，它是一種“硝棉”溶液，亦即在酒精和醚中的硝酸鹽纖維素溶液。當(dāng)時它被用于把光敏的化學(xué)藥品粘在玻璃上，來制作類似于今天照相膠片的同等物。

在19世紀(jì)50年代，帕克斯查看了處理膠棉的不同方法。一天，他試著把膠棉與樟腦混合，驚奇地發(fā)現(xiàn)，混合后產(chǎn)生了一種可彎曲的硬材料。帕克斯根據(jù)自己的名字，命名該物質(zhì)為“帕克辛”(Parkesine)，這就是世界上最早發(fā)明的熱塑性塑料——即加熱后可以變軟的塑料。

此后經(jīng)過半個多世紀(jì)的發(fā)展與研究，美籍比利時人列奧·亨德里克·貝克蘭第一次完全人工合成了塑料，并于1907年注冊了酚醛塑料的專利。

酚醛塑料絕緣、穩(wěn)定、耐熱、耐腐蝕、不可燃，貝克蘭稱之為“千用材料”。特別是在迅速發(fā)展的汽車、無線電和電力工業(yè)中，它被制成插頭、插座、收音機(jī)和電話外殼、螺旋槳、閥門、齒輪、管道。在家庭中，它出現(xiàn)在把手、按鈕、刀柄、桌面、保溫瓶、電熱水瓶、鋼筆和人造珠寶上。

塑料作為現(xiàn)代科技的產(chǎn)物，如今已經(jīng)廣泛地滲透到生活的各個領(lǐng)域，給人們帶來巨大的便利，但同時也產(chǎn)生了負(fù)面影響。

“塑料具有良好的耐腐蝕性，這既是它的優(yōu)點，也是致命的缺陷�！焙颖笨萍即髮W(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院高分子材料與工程系教師侯連龍介紹，研究發(fā)現(xiàn)，由于塑料的化學(xué)分子結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定，高分子中的主化學(xué)鍵在自然情況下不易斷裂；同時，塑料是人工合成的高分子聚合物，自然界中很難有相對應(yīng)的微生物將其分解。因此，除了熱降解以外，塑料在自然環(huán)境中的光降解和生物降解的速度都比較慢。

科學(xué)家曾用C14同位素跟蹤考察了塑料在土壤中的降解情況，結(jié)果表明，塑料的降解速度雖然與環(huán)境條件(降雨量、透氣性、溫度等)有關(guān)，但總體而言，塑料降解的速度非常緩慢，通常需要200年至400年。

近些年，隨著大家對于食品安全的重視，人們發(fā)現(xiàn)塑料制品中含有的一些化學(xué)物質(zhì)也會危害人體健康，“塑化劑”這個專業(yè)名詞也進(jìn)入人們的視野。

“塑化劑，也叫增塑劑，它是一種在塑料生產(chǎn)過程中加入的添加劑，能夠增強(qiáng)塑料的柔韌性，使其更容易加工，屬于合法的工業(yè)添加劑�！钡珜＜乙脖硎荆�如果人體攝入過量的塑化劑則會造成內(nèi)分泌失調(diào)，阻害人體生殖機(jī)能，甚至還會引發(fā)惡性腫瘤等。

“塑化劑之所以會出現(xiàn)在食品中，是因為很多食品(包括飲料和白酒)的包裝材料是塑料制品或者食品生產(chǎn)及運輸時采用塑料制品儲藏。在這個過程中，塑料制品會直接接觸食品，其中含有的塑化劑就有可能會滲入食品中�！焙钸B龍表示。

可降解塑料避免“白色污染”

面對塑料帶來的環(huán)境污染問題，許多國家采用了掩埋、焚燒和回收利用等方法來處理廢棄塑料，但這些方法也都存在無法克服的缺陷。

“填埋處理占地多，而且容易使填埋地不穩(wěn)定。焚燒處理時，塑料焚燒發(fā)出熱量大，容易損壞焚燒爐，還會排出二噁英等有害物質(zhì)。回收利用，往往難以收集并且經(jīng)濟(jì)效益很差�！庇袑＜冶硎尽�

為了真正解決“白色污染”問題，科學(xué)家們開始探索新的途徑，可降解塑料應(yīng)運而生。

“可降解塑料是指在生產(chǎn)過程中加入一定量的添加劑，使其穩(wěn)定性下降，較容易在自然環(huán)境中降解的塑料�！焙钸B龍說，目前，全生物降解塑料制品作為一種新興的材料，廣受市場青睞。

侯連龍介紹，全生物降解塑料廢棄在土壤中，能夠在一定的溫度濕度條件下，最終分解為二氧化碳和水�！叭�生物降解塑料分天然與合成兩種。天然材料包括淀粉、纖維素等，合成材料包括聚乳酸(PLA)、聚己二酸-對苯二甲酸丁二酯(PBAT)、聚己內(nèi)酯(PCL)等�！�

其中，PLA尤其受人們的關(guān)注。

“PLA的原料是從玉米、馬鈴薯等生物質(zhì)中提取的淀粉。淀粉發(fā)酵后產(chǎn)生了乳酸，乳酸再經(jīng)過一定的化學(xué)變化就形成了聚乳酸。使用完后，PLA在堆肥狀態(tài)下又能完全降解成為水和二氧化碳。”侯連龍說，因而，PLA是一種完全生命周期的可降解、可循環(huán)的材料。

但PLA在常溫下處于玻璃態(tài)，呈現(xiàn)硬而脆的性質(zhì)，薄膜材料及其他制品的柔韌性較差，抗撕裂強(qiáng)度低。并且，純PLA的結(jié)晶度不高，導(dǎo)致其熱穩(wěn)定性較差。曾有企業(yè)發(fā)現(xiàn)，在吸塑過程中，當(dāng)溫度達(dá)到70，PLA變形十分嚴(yán)重，良品率僅有30%。

這些缺陷大大限制了PLA的發(fā)展和應(yīng)用。因此，近年來國內(nèi)外研究者在PLA的高性能化方面做了很多研究。

“共混改性就是提高聚合物性能，降低高分子材料成本的有效途徑。”侯連龍表示，與PLA共混的組分必須也是能完全生物降解的聚合物，并且能改善PLA的力學(xué)性能、降解性能以及親水性。

記者注意到，目前商超和便利店提供的可降解塑料購物袋的主要原料為PBAT、PLA。

對此，侯連龍解釋，PBAT屬于熱塑性生物降解塑料，是己二酸丁二醇酯和對苯二甲酸丁二醇酯的共聚物，兼具二者的特性，既有較好的延展性和斷裂伸長率，也有較好的耐熱性和沖擊性能。“這兩大產(chǎn)品技術(shù)較為成熟，是未來國內(nèi)產(chǎn)能投放的主力產(chǎn)品。”

材料雖好，推廣卻困難重重。

高居不下的成本是其推廣緩慢的原因之一。記者了解到，傳統(tǒng)塑料制品的主要原料聚乙烯，市場上一噸的價格在1萬左右。而拿PLA來說，該材料已經(jīng)屬于較便宜的可生物降解材料，目前的成本每噸也要3萬。

當(dāng)前，“生產(chǎn)成本”和“限塑令”的雙重壓力讓市場上出現(xiàn)不少“歪路子”的偽可降解制品。有專家說，偽可降解制品中70%左右是聚乙烯、聚丙烯等傳統(tǒng)塑料原料，加入了30%左右的淀粉和一點光敏劑。制品廢棄之后，在微生物、光等環(huán)境的作用下，淀粉雖然成功降解，但70%的聚乙烯仍然殘留，而且會變成碎片，更難處理。

因此侯連龍?zhí)嵝�，在日常生活中，分辨真�(zhèn)慰山到庵破返囊淮笠�素就是“可降解塑料制品�?biāo)識”，去年9月，中國輕工業(yè)聯(lián)合會制定并發(fā)布了《可降解塑料制品的分類與標(biāo)識規(guī)范指南》，其中規(guī)定了可降解塑料“雙j”字樣的圖形標(biāo)識。

防治無處不在的“白色垃圾”

人類和塑料的關(guān)系可能比想象得還要“親密”。除了生活中接觸到的各種塑料制品，塑料還會降解成塑料微粒。

“粒徑5毫米以下的塑料顆粒被稱為微塑料，通常以碎片、纖維等形式存在�！焙钸B龍說，如同大氣中的PM2.5，環(huán)境中的微塑料，肉眼往往難以看見。

這種看不見摸不著的小顆粒主要來自初生微塑料和次生微塑料。侯連龍說，有的是大型塑料垃圾經(jīng)過物理、化學(xué)和生物的層層分解，大變小，小變微，最終形成了環(huán)境中的微塑料；有的是日用品中含有的微塑料顆�；蜃鳛楣�業(yè)原料的塑料顆粒和樹脂顆粒，比如牙膏、洗面奶中具有摩擦清潔功效的塑料微珠。最終，不同來源的微塑料經(jīng)過河流、污水處理廠等排入海洋環(huán)境中。

除了破壞海洋環(huán)境外，海洋微塑料一旦進(jìn)入食物鏈，將會影響到海洋生態(tài)系統(tǒng)的健康和持續(xù)發(fā)展。

近日，新西蘭國家水事和大氣研究所發(fā)布的一份研究顯示，在新西蘭周邊海域采樣的魚類中，不僅魚類內(nèi)臟中有微塑料，甚至肌肉組織中也發(fā)現(xiàn)了微塑料成分。并且，研究顯示，魚類吞食微塑料后，腸道會出現(xiàn)明顯的炎癥，影響魚類消化系統(tǒng)等功能，最終可能影響其生存，損害程度隨著微塑料濃度的增加而增加。

“微塑料對海洋生物帶來較大影響，進(jìn)而通過食物鏈的傳遞將威脅人類健康。”據(jù)介紹，微塑料出現(xiàn)在家庭的水龍頭里、魚類體內(nèi)、餐桌上啤酒和鹽罐里，甚至出現(xiàn)在人體內(nèi)。中國科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，平均每克食用鹽中含有一顆“微塑料”。

“微塑料危害程度要看具體尺寸和進(jìn)入人體的途徑，如果口腔不小心攝入微米級微塑料，因為顆粒較大，不能通過人體的小腸絨毛進(jìn)入血液，它應(yīng)該會被排出體外。但是，口腔攝入納米級的微塑料就會產(chǎn)生潛在危害。納米級甚至微米級的微塑料能夠進(jìn)入呼吸系統(tǒng)，并可能在肺泡中產(chǎn)生殘留，形成炎癥，最終導(dǎo)致呼吸問題�！焙钸B龍介紹。

目前，生物降解塑料已經(jīng)大規(guī)模替代了不可降解的通用塑料，一定程度上緩解了陸地上的“白色污染”。那么，海水可以降解生物降解塑料嗎？

答案是不能�！吧�物降解塑料大多是含酯鍵的高分子材料，分子鏈相對脆弱，可以被自然界許多微生物分解、消化，最終形成二氧化碳和水。”侯連龍說，與陸地土壤不同，海水中微生物量極少，而且海水溫度也比較低，生物降解塑料在海水中不能像在陸地上一樣降解，或者說很長時間內(nèi)都無法被海水降解。

一般來說，進(jìn)入海洋的塑料大致分為兩類，一類是塑料垃圾，一類是在海洋中使用的塑料制品。根據(jù)塑料制品的用途不同，就需要選擇不同性能的可降解高分子材料。

“舉個例子，如果廢棄的包裝盒、保鮮膜、纖維等塑料制品進(jìn)入海洋，那它們就是塑料垃圾了，我們需要縮短其被降解的時間。”侯連龍說，根據(jù)這些生產(chǎn)生活上的不同需求，研究可控降解的材料正是科研人員在研發(fā)中考慮的方向。

責(zé)任編輯：王磊