可降解塑料的研究现状和发展前景-毕业论文

PAGE2PAGE1可降解塑料的研究现状和发展前景摘要：环保问题和全球气候问题是人类在新世纪最为关心的两个全球性问题。而这两个问题都与塑料制品的大量使用密切相关。塑料制品与人类生活息息相关，紧密相连，为人类生活提供了巨大的便利，但同时也应当看到，塑料、橡胶以及化纤这些物质的性能很稳定，在自然环境中很难被分解。因此，本文首先概述可降解塑料种类、原理以及主要用途的，对可降解塑料的国内外研究现状和进展进行综述，分析了可降解塑料研究和推广过程中存在的主要问题，并对可降解塑料的发展前景进行了展望。可降解塑料产业前景广泛，值得应届毕业生重视和关注，以为将来从事相关工作奠定知识基础。关键词：可降解塑料；生物分解；推广；前景引言环保问题和全球气候问题是人类在新世纪最为关心的两个全球性问题。而这两个问题都与塑料制品的大量使用密切相关，塑料制品具有成本低廉、容易加工、耐用性好、防水防腐蚀以及质量轻等优点，被广泛应用于工农业以及人类生活的各个领域。塑料制品与人类生活息息相关，紧密相连，为人类生活提供了巨大的便利，但同时也应当看到，塑料、橡胶以及化纤这些物质的性能很稳定，在自然环境中很难被分解，尤其塑料制品被广泛用于包装材料和农业薄膜，这些材料因为回收比较麻烦，往往在使用后便会丢弃，这些塑料制品能够在自然界中会长期稳定的存在，从而造成海域、湖泊以及土壤的污染。据研究报道，很多塑料制品及时在土壤环境中埋藏一个世纪也不能完全降。[1-3]另一个方面，人类生产和使用的塑料制品却连年提高，据统计，2018年，全世界生产的塑料制品有3.6亿吨，而到了2021年，全世界生产的塑料制品有4.1亿吨，但同时期被回收利用的塑料只有不到其中的50%，也就是说，大部分塑料制品依旧存留在环境中成为垃圾，对人类的环境造成了严重的污染。人类社会在目前来说，还不能完全摆脱对塑料制品的依赖，为了解决塑料制品环境污染的这个问题，国际工业界和科学界开始加强可降解材料的研究和推广。可降解塑料能够在使用过后，在较短的时期内在环境中所分解，从而不会造成环境的污染，但到2020年，全世界范围内生产的可降解塑料只有120万吨，相对4.1吨庞大的塑料制品生产总量，可降解塑料的应用和推广工作仍然不够。[4]本文将在概述可降解塑料种类、原理以及主要用途的基础上，对可降解塑料的国内外研究现状和进展进行综述，分析了可降解塑料研究和推广过程中存在的主要问题，并对可降解塑料的发展前景进行了展望。可降解塑料产业前景广泛，值得应届毕业生重视和关注，以为将来从事相关工作奠定知识基础。120246可降解塑料概述1.1可降解塑料的定义可降解塑料指的是塑料制品能够在满足使用需求后，在一定时期内能够在自然环境下降解，并形成对环境无污染的小分子物质，这种塑料又被称作环保塑料。可降解塑料能够在自然环境下能够被光线、细菌乃至水进行分解，因此，可降解塑料的原材料很多为淀粉、聚乳酸等天然或者天然改性的物质，而不是目前塑料所用的石化烃类产品。这些可降解塑料按照原料来源和制备路线的不同，可分为掺混型可降解塑料、微生物合成可降解塑料、天然高分子可降解塑料以及化学合成可降解塑料几大类，这些可降解塑料能够在使用后，被自然界中很快降解，甚至可以成为生物肥料或者动物饲料添加剂。1.267832可降解塑料的种类153941.2.1光降解塑料光降解塑料指的是被光照后就能发生降解反应的一类可降解塑料制品，这种塑料制品的特点是只能在光照环境下发生分解反应，如果将这种材料置于避光环境下，比如库房、垃圾填埋场或者土壤中，降解过程则立刻停止。光降解塑料的强度较高、生产成本较低、工艺简单、原料便宜等优点，但缺点是这种光可降解材料的讲解过程受环境的影响也较大。[6]光降解材料按照制备路线可以分为共聚型和添加型两类。共聚型光降解塑料分子链上含有羰基等发色基团和弱键，用一氧化碳或含碳单体烃类聚合而成，这些分子链对光敏感，很容易在光线作用下打开分解。添加型光降解塑料是在普通塑料中加入光敏剂后制得，这种技术比较简单，但存在塑料在光条件下分解不完全，分解后的物质依然对环境存在污染等缺陷，很多光敏剂具有一定的毒性，不适合做食品包装材料或者家装材料。1.2.2生物降解塑料生物降解塑料指的是能够在自然界微生物环境下进行分解的塑料制品，这种可降解塑料与光降解塑料的降解条件刚好相反，能够在土壤、潮湿的环境中被细菌位置完全分解，甚至可以用来做农作物堆肥或者生物饲料用途。生物可降解塑料由于具备良好的环境可降解性能，无毒副污染，广泛被用来用作食物相关的包装材料，这其中包括我们在超市或者肯德基快餐店中所见的塑料袋购物袋。但这种生物可降解塑料的原料成本比较高，而且存在塑料制品强度较差、使用寿命短、拉伸性能以及韧性较差等等，离大规模推广还有很长的路要走。生物降解塑料由于具有良好的降解性，主要用作食物软硬包装材料，这也是现阶段其最大的应用领域。但是由于生物降解塑料还未实现量产，要替代所有传统塑料包装并不现实。154301.2.3水降解塑料水降解塑料指的是在水中就能得到分解的塑料制品，这种塑料制品中添加了吸水性物质，能够在水环境下溶解掉，广泛用于医药、卫生领域，如医用手套、医用手术服等，这种水降解塑料制品能够在使用后立刻通过水溶解进行销毁处理，从而有效地避免了医疗污染。新冠疫情防控期间，这种水可降解塑料医疗用品得到了广泛的应用和推广，为新冠疫情防疫事业作出了卓越的贡献。1.2.4复合降解塑料单一降解机理的塑料制品往往很难实现塑料的完全降解，比如水可降解塑料，生物可降解塑料以及光可降解塑料，这些可降解塑料制品只能够在一定的环境条件下才能够降解，失去了环境条件，塑料制品并不会被降解。而塑料制品用途广泛，在使用后并不能全部找到适合的分解途径，因此，复合机理降解塑料便成为科学界研究的重点。比如光/生物复合可降解塑料可以在光线和土壤中都能得到分解，这种塑料制品不论暴露在阳光下或者埋藏在土壤里，均能得到分解，这种可降解塑料极大地增加了其环保性能。217307可降解塑料研究现状227842.1我国可降解塑料的研究现状根据统计，我国在2020年全年塑料产品总产量为8717.2万吨，其中包装用途的塑料制品为480万吨，这些包装用途的塑料制品绝大部门没有经过回收处理。虽然我国近年来在各大核心城市开展了垃圾分类试点工作，但对包装类塑料垃圾的回收工作仍然不尽如人意。据统计，我国2020年全年产生的塑料包装废弃物高达350万吨，这部分废弃物无论是填埋还是进行焚化发电，都会对环境产生一定的污染，使用可降解塑料替代的话，则可以大幅度地减轻塑料垃圾对环境的污染。我国可降解塑料的研究于上世纪八十年代开始，最初只集中在添加型光敏塑料的研究。但这种添加型的光敏塑料制品的降解要求比较苛刻，而且因为技术原因，我国研究的添加型可降解塑料并不能够达到在光催化环境中完全分解的程度，而且这一时期我国研究的光催化塑料在使用性能上也不是很高，因此没有得到大规模推广。[8]进入新世纪后，由于我国经济技术水平的全面发展，与国外学术与科技交流程度的加深，我国的可降解塑料研究也得到了很大的发展。尤其随着我国经济的发展，我国的环保问题也日益突出，近几年来习主席提出了“青山绿水就是金山银山”的环保理念，环保产业已经成为支撑我国经济发展的支柱产业之一。在这种需求推动与技术进步的双重推动下，我国在研究全淀粉可降解塑料、生物分解塑料、光/氧/生物可降解塑料、光/生物可降解塑料、光可降解塑料、光/碳酸钙可降解塑料以及完全生物可降解塑料领域均取得很大的进步。很多院校和科研院所参与到可降解塑料的研究和推广工作中来，有的已经进入商业化生产和社会推广阶段。根据文献调研以及新闻检索，我国目前可降解塑料研究领域所取得了很大的成就。复旦大学环境工程学院的研究团队成功开发出一种聚氨酯化物类型的生物降解复合塑料，这种可降解塑料以稻草、麦糠、木屑以及麦秆等天然农业植物纤维为原料，通过异氰酸醋交联反应制成。这种可降解生物塑料材料以农业生产中的废弃物为原料，通过添加交联剂制成塑料制品，成本比较便宜。这种可降解塑料在强度以及生物可降解性能均比较好，而且改塑料制品能够让农业废弃物得到了回收利用，实现了农业生物资源再循环。这种塑料制品目前于2016年进入批量生产，主要应用于包装材料以及一次性日用品等等，取得了良好的经济效益和社会效益。同济大学能源与生物学研究团队以玉米淀粉原料为原料生产乳酸，采用特殊的聚合反应生产可生物降解的塑料制品，这种塑料制品采用可食用的天然材料里奥制备而成，废弃后可以用作堆肥甚至生物饲料，甚至成为人工种植的土壤，而且能够在自然条件下完全转化为碳源、二氧化碳和水，实现了对环境的零污染。这个研究项目目前已经建成了五千吨级的试验生产线，并在与投资方合作建设十万吨以上的塑料制品生产线。天津大学化学院研究团队于2018年采用对淀粉细化改进的技术，制成了与聚乙烯塑料相容性良好的生物降解塑料，这种塑料的淀粉含量大于40%，是目前世界上生物降解性能最好的可降解塑料之一。武汉大学微生物课题组于2010年研究出以魔芋副产品为原料的可降解塑料包装膜，随后又相继研制成功了以玉米、马铃薯、土豆作物副产品为原料的可降级包装材料。最近，该团队还成功地将果汁加工副产品制成可降解塑料制品，该塑料制品不仅具备良好的天然可降解性能，还具备一定的水果芳香，深受包装领域设计师的喜爱。这些高科技的可降解塑料材料目前正处于试生产和推广阶段，相信不久就能与广大消费者见面。大连理工大学环境学团队研究了添加中草药成分的生物可降解塑料，使用后用手轻搓就会成为碎末，生物环保性能比较好。中科院广州化学研究所团队的“二氧化碳制取全降解塑料”高科技项目已经完成300t/D的中试试验，并通过了国家级的项目验收。由此可以看出，我国的生物可降解塑料主要采用天然植物为原料，通过对天然植物进行改性来研究生物可降解塑料。目前我国可降解塑料研究单位有300多家，生产企业大约40多家，2020年，我国可降解塑料生产能力达到20多万吨以上。其中深圳绿维塑胶公司、南京苏石降解树脂公司、吉林金鹰（降解塑料）公司、惠州环美降解树脂公司以及天津丹海公司的生物可降解塑料产量均能达到万吨以上。目前，我国生产的可降解塑料主要用在食品包装、农田薄膜和一次性消费品方面。尤其是一次性塑料包装以及购物袋方面基本得到了全面的推广，并得到了商家和消费者的认可。但我国可降解塑料产品处于示范研究用阶段，很多可降解塑料目前仍处于中试阶段和产品推广阶段，全面取代普通塑料产品实现产业化和规模化仍然有很长的路要走。从我国可降解塑料的研究水平和产业推广力度来看，我国降解塑料的研发进程和产业化推动水平已与世界前沿同步，甚至有部分技术已经超越了世界先进水平，为我国可降解产业技术的自主化创立了一个良好的开端。73282.2国外可降解塑料的研究现状国外可降解塑料的研究水平与我国项目，有研究范围比较宽，产品应用比较广等特点。比如我国的可降解塑料的研究主要集中在生物可降解塑料领域，而国外的研究的范围则扩大到水解可降解塑料、光敏/生物复合可降解塑料、光/生物可降解塑料、光可降解塑料以及光/碳酸钙可降解塑料等方面。国外可降解塑料的研究比我国研究的时间比较长，技术人才比较多，取得的成果也比较多。尤其注重环保的日本，很多可降解生物塑料的研究处于世界领先的水平。除了研究领域比较宽以外，国外在可降解塑料制品的应用范围也比较广。比如美国很早便将可降解塑料应用于垃圾袋、食品包装袋、婴儿以及妇女卫生用品等等，这些产品得到了消费者广泛的认可。再如农业技术比较发达的以色列和荷兰等过，广泛使用生物可降解的塑料地膜用于农业生产。在西欧，很多工业厂家将可降解塑料用于工业品的包装。82642.3可降解塑料目前尚存在的问题目前可降解塑料虽然在应用性能和卫生性能基本能够达到同类普通塑料的水平，在使用后能够在自然界做到一定程度的分解。但很多可降解塑料目前并不能达到完全的分解，产品制造和使用的成本也比较高昂。可降解塑料在开发和推广方面仍然存在一些问题：市场应用的程度不高：可降解塑料的成本比较高昂，这就使得可降解塑料的推广比较困难，廉价而环保的制品包装也是可降解塑料推广的有力竞争者。降解技术在目前尚不成熟：目前完全可降解塑料制品几乎很少，而且基本没有进入生产推广。目前的可降解塑料基本为添加型光敏可降解塑料，这种塑料制品存在分解时间长，一旦进入垃圾填埋便不会发生降解等问题。根据报道，光敏型可降解塑料在进入垃圾填埋场20年后，仍然会有50%以上的填埋量，环境污染仍然比较严重。降解塑料的标准及试验评价方法。对于降解塑料，世界上尚没有统一的定义、试验评价方法，产品市场比较混乱、瑕瑜互见、真假难辨。3可降解塑料的32416发展前景生物降解塑料的开发已经经历了30多年，正进入市场化应用的初期。虽然，目前生物降解塑料的实际应用量在所消费的塑料中所占比例还差强人意，技术和应用环节存在的问题也很多。[11]但是降解塑料仍然具备良好的发展前景，其主要发展方向有以下几点：积极研究开发高效价廉光敏剂，进一步提高光敏可降解塑料的快速降解性和完全降解性。重视水解性塑料和可食性塑料的开发，通过分子设计研究技术，不断改进配方，开发准时可控降解塑料。同时保证可降解塑料丰富的原料来源，克服生物可降解塑料价昂、用途受限的缺点，加速研制生物降解塑料或普通塑料与淀粉、纤维素以及完全生物降解塑料与天然材料涂覆层合技术更成为热点中的热点。加快光/生物降解塑料的开发力度，克服了无光或光照不足的不易降解，降解不彻底以及降解时间长等缺陷，同时还克服了生物降解塑料加工复杂，成本太高不易推广的弊端。4研究结论随着人们环保意识的提高，近年来，国内外可降解塑料得到了很快的发展。尤其是一次性使用塑料制品如食品包装袋、饮料瓶、农用薄膜等可降解塑料在市场中已实现了工业化生产。环境保护已成为人类在21世纪所面临的主要问题，可降解塑料具有良好的可降解性、生物相容性，有着广泛的研究和应用前景。可降解塑料产品的应用和推广不仅限于技术领域，还涉及到消费领域和政府的政策支持程度等各方面的因素，西方在可降解塑料的理念推广上要比我国要早，因而取得的成就相对较大。我国要在可降解塑料应用和推广领域取得成就，技术进步是一个方面，更重要的是如何让商家和消费者接受可降解塑料这一全新的环保产品。5发展展望相信在不久的将来，在国内外学者的共同努力下，随着可降解塑料的制备方法及生产工艺研究的不断深入及其生产成本的大幅度降低，可降解塑料将会在生物医药、农林业、食品工业、包装等方面展现出广阔的应用前景。因此，聚乳酸类生物材料势必成为21世纪最重要的生物高分子材料之一。我国在今后可降解塑料的研究中，并不要仅仅局限于生物可降解塑料，应当广泛开展光/氧/生物可降解塑料、光/生物可降解塑料、光可降解塑料、光/碳酸钙可降解塑料以及完全生物可降解塑料等领域的研究和推广工作，并加大可降解塑料应用领域用途的研究，让我国真正成为可降解塑料研究和工业生产的大国，让可降解塑料工业也成为与我国制造业大国地位相匹配的“大国重器”。以上作品的著作权为本作者所有，仅供参考，严禁抄袭，需要全套资料或者专业辅导请联系作者：Q