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1、二氧化碳降解塑料概述随着塑料用量与日俱增，产生的废弃物难以降解，形成危害环境的“白色污染”，严重阻碍了社会经济和环境的可持续发展。因此，降解塑料应运而生。而且许多发达国家，如美国、日本、德国等都制定了限用或禁用非降解塑料的法规，不少国家还制定了降解塑料的研发计划和措施，使降解塑料得到了迅速发展。近年，降解塑料在北美以每年17%的速度增长，在欧洲则以59%的速度增长。我国有关部门也开始在部分地区实施降解塑料的试行政策，为降解塑料在国内产业化发展奠定了基础。降解塑料是暴露于环境条件下，在光、热、水、氧、微生物、昆虫等联合作用下，可进行降解的一类新型塑料。其在用前或使用过程中，与同类普通塑料具有相当
2、或相近的应用性能和卫生性能，而在完成其使用功能后，能在自然环境条件下较快地降解为易被环境消纳的碎片或碎末，并随时间的推移进一步降解成为二氧化碳和水，最终回归自然。按照降解机理，降解塑料可分为光降解塑料、生物降解塑料和化学降解塑料等。二氧化碳降解塑料属完全生物降解塑料类，可在自然环境中完全降解。其可用于一次性包装材料、餐具、保鲜材料、一次性医用材料、地膜生产等领域。二氧化碳降解塑料作为环保产品和高科技产品正成为当今世界瞩目的研究开发热点。它的发展不但扩大了塑料功能，而且在一定程度上缓解了环境矛盾，对日益枯竭的石油资源是一个补充。利用此技术生产的降解塑料，不仅利用工业废气二氧化碳制造出对环境友好的
3、可降解塑料，而且避免了传统塑料产品对环境的二次污染。因此降解塑料的生产和应用，无论从地球环境保护的实际角度，或从取之不尽的可再生资源都具有重要的意义。应用前景二氧化碳降解塑料作为一类可完全降解的环保塑料，不仅能减少环境污染；而且能够实现资源替代，节约有限的石油资源，保持塑料工业的可持续发展。因此，未来二氧化碳降解塑料的应用范围将进一步拓宽，用量也将进一步增大。二氧化碳降解塑料应用前景如下：u 在自然环境中用于较难回收利用的领域1)农用塑料制品，重点开发地膜、育苗容器和保鲜膜（片）地膜 我国地膜产量、用量和覆盖面积均为世界首位，已成为农业增产必不可缺的农业资材。当前我国地膜用后回收利用率甚低，主
4、要是由于地膜很难收集，即使强制收集，再生利用前需进行清洗、破碎，难度大，成本高，因此相当一部分散落在农田中，或捞到地头放火烧掉，都造成较大的污染。对此，若采用降解塑料地膜则可以达到减轻或抑制环境污染的目的。育苗容器 育苗容器包括塑料钵体软盘、穴盘、护根钵、花盆等。过去育苗容器采用土坨、纸体，后主要采用聚乙烯或废旧塑料制造，由于其用后在环境中不易自然降解，因此待秧苗发芽成长后需取出移栽，一方面花费劳力，而且更主要是会影响秧苗的成活率。近年来开发的淀粉填充型降解塑料育苗容器，在一定程度上减缓了环境污染，并提高了成活率和成长率。保鲜膜（片） 我国是农业大国，每年果蔬产量很大，但由于缺乏适宜的保鲜技术
5、和材料，致使在储运过程中失水、腐烂、变质，有些产品损耗率高达40-50%。用二氧化碳降解塑料制造的膜（片）不但能够保鲜、延长保质期，而且用后还具有完全的生物降解性能，有利于堆肥化处理。2)日用杂品：重点开发超市用购物袋、垃圾袋，这些用品量大、分散、脏乱，很难收集，特别是垃圾袋，不适宜也不可能收集再生利用。因此，采用降解塑料，可以使塑料垃圾减容减量，也有利于堆肥化处理。3)土木建筑用材料：重点开发山间、海中土木工程维修用型材、保水资材。该类材料过去主要采用木材或普通塑料制造，用后长期遗留在山海中，严重影响景观。采用降解塑料，可在完成使用功能后加速降解，回归自然。4)运输用缓冲包装材料：重点开发发
6、泡片材、型材。随着国内外贸易的不断发展，精密、易碎商品的运输离不开缓冲包装材料，过去主要采用聚苯乙烯泡沫塑料，由于其质轻、体积大，用后较难处理又不易降解，严重污染环境。为此，已有一些国家和地区立法禁用、限用聚苯乙烯泡沫塑料。因此，尽快研发和生产二氧化碳降解缓冲包装材料可满足当前出口市场的急需。5)野外文体用品：重点开发高尔夫球座，海上和登山运动一次性用品。这些用品用后很难收集，采用降解塑料可以减轻污染。u 有利于堆肥化领域1)食品包装材料：重点开发食品包装膜（袋）、餐饮具、托盘等。目前我国食品包装膜（袋）年需求量高达90万吨，餐饮具和托盘需求量也近20万吨，这些用品用后不适宜再生利用，也较难降
7、解，造成日益严重的“白色污染”。因此，开发降解食品包装材料，减少给环境带来的负面影响，具有重要意义。2)卫生用品：重点开发一次性尿巾、生理卫生用品。随着经济的发展，人们生活的不断提高，一次性尿巾、生理卫生用品需求量迅猛增长，这些用品用后很脏，不适宜循环利用，因此采用降解塑料可以减轻污染，也有利于堆肥化处理。3)日用杂品：重点开发轻型购物袋、收缩膜、垃圾袋、化妆品容器等，这些物品均为生活中用后即弃的物品，很分散也难收集，采用降解塑料较为适宜。u 医用材料领域重点开发一次性医疗用具和人体适性医用材料。前者因受污染严重，除沾染有害、有毒物质及病菌者必须采用特殊焚烧或深埋处理外，采用降解塑料可减轻环境
8、负荷和减少交叉感染。医用材料，如骨折夹板、药品缓释材料、手术缝线、医用手套、绷带等是目前国际上开发的重点，对减轻病人痛苦、延长药品疗效、提高医疗效果有较大作用。此外，二氧化碳降解塑料还可以用于药品包装和大容器输液器材等方面。国外市场分析目前国外生产降解塑料的国家主要有美国、日本、德国、意大利、英国、以色列等，生产的品种包括光降解塑料、光/生物降解塑料、崩坏性生物降解塑料及完全生物降解塑料等。近年来各类降解塑料有了不同程度的进展，以光降解技术较为成熟，而生物降解的研究开发最为活跃。世界降解塑料主要国家和地区生产情况见下表：世界降解塑料生产情况国家生产公司产品类型商品名称生产能力(t/a)美国NO
9、VON热塑性淀粉改性淀粉/PCNOVONDegranovon45000UCC聚己内酯（PCL）Tone Polymer5000Air Products & Chemical聚乙烯醇（PVA）Vinex84000Eastman Chemical芳香族、脂肪族共聚酯Eastar Bio30000Cargill Dow Polymer聚乳酸（PLA）Nature Works14000DuPont芳香族、脂肪族聚酯Biomax-Frathshell淀粉/纤维素英国Zeneca聚3-羟基丁酸/戊酸酯共聚物Biopol3000意大利Novonmont淀粉/PVA淀粉/PCLMater-Bi22700德国B
10、ayer聚酯酰胺BAK-BASF芳香族、脂肪族聚酯Ecoflex-Biotec淀粉/PCLBioplast-日本三井化学PLALACEA500岛津制作所PLALACTY-昭和高分子聚丁二酸丁二醇酯（PBS）Bionolle3000昭和电工聚己二酸丁二醇酯（PBA）Bionolle-S. K. Ind.聚丁二酸丁二醇酯（PBS）Skygreen皇子制袋热塑性淀粉Ecofoam.化学工业PCLCelgreen-Mitsubishi Gas Chemical聚3-羟基丁酸酯（PHB）Biogreen-加拿大EPI光/氧降解聚乙烯TDPA-韩国Ire Chemical Ltd.二元醇、二元酸脂肪族聚酯
11、Enpol-DaeSang热塑性淀粉Bionyl Regreen-日本在1995年建成两套生物降解塑料装置，1997年前后美国有6家公司进入生物降解塑料市场：Novon International、UCC、Air Products & Chemical、Du Pont、Cargill Dow Polymers和Eastman Chemical公司；同期，西欧也开始生产生物降解塑料。1996年世界完全生物降解塑料年产量仅1.4万吨，1998年达到3万吨。2001年，世界完全生物降解塑料产量增加到7万吨，1996-2001年年均增长率高达40%。其中美国的产量和消费量占50%以上，西欧占33%左右
12、。由二氧化碳制备完全降解塑料的研究始于1969年，日本油封公司的井上祥平发现，二氧化碳和环氧丙烷在催化剂作用下共聚可得到交替型脂肪族聚碳酸酯，这种聚合物具有良好的环境可降解性。美国在此基础上通过改进催化剂，于1994年生产出二氧化碳可降解共聚物。当前开展该项工作的国外研究单位主要有：日本东京大学、波兰理工大学、美国Pittsburgh大学和Texas A&M大学、日本京都大学、Exxon研究公司等。有文献报导，美国Air Products & Chemical公司和Dow公司已合成出相应的产品。到目前为止，国外只有美国、日本和韩国等少数几个国家生产二氧化碳降解塑料，总生产能力达5万吨年。世界降
13、解塑料的消费国家和地区主要集中在美国、欧洲和日本。在这些市场存在的全降解塑料产品包括：聚乳酸，生物降解PET，聚丁烯琥珀酸酯/已酸酯、聚羟基丁酸酯/戊酸酯、聚乙烯琥珀酸酯、聚酯酸胺和聚已内酯/混合物；淀粉和其混合物；以及加入增强降解能力添加剂的其它塑料。目前，日本、美国、欧洲等都在加强降解塑料的研发及加速实用化进程。预测，今后10年内全世界生物降解塑料的市场规模将达到130万吨/年。随着二氧化碳降解塑料生产成本的降低及应用领域的不断扩展，其在21世纪将具有广阔的市场前景。国内市场分析国内降解塑料的研究开发始于20世纪70年代中期，90年代随着环保呼声日益高涨，降解塑料的研究蓬勃发展起来，并多次
14、掀起开发生产降解塑料的热潮。目前研究开发的降解塑料品种主要有光降解、光/生物降解、光/碳酸钙降解、光/氧/生物降解、完全生物降解、崩坏性生物降解等塑料。据不完全统计，目前国内从事降解塑料的单位有100多家，并初步形成产学研相结合的开发体系。已建成的双螺杆降解母料生产线近100条，能力达10万吨/年。我国降解塑料现仍以淀粉填充型为主，这种材料因属于部分降解，会对环境造成二次污染，发展前景不容乐观。降解塑料制品的生产线及能力则难以统计，因为一部分是同属一母料生产厂，约占母料生产线的20%；一部分是新建生产线；另有相当一部分是现有塑料加工企业利用原有成型加工设备，外购母料，根据市场需要生产的。目前国
15、内降解塑料应用尚处于萌芽期，较高的产品价格及质量的不稳定性，再加上对不同地域的适用性较差，限制了其大量应用，多数生产厂家以销定产，开工率较低。我国于20世纪80年代末开始二氧化碳降解塑料的研究，开展该项工作的国内研究单位主要有：中科院长春应用化学研究所、中科院广州化学所、吉化研究院、浙江大学、中山大学、天津大学等。目前我国开发成功的二氧化碳降解塑料技术主要有4种，即中科院长春应用化学研究所的以稀土配合物、烷基金属化合物、多元醇和环状碳酸酯组成的复合催化剂为核心的高效脂肪族聚碳酸酯制备技术；中科院广州化学所的以纳米催化剂为核心的二氧化碳与环氧丙烷反应生产全降解塑料技术；天津大学的以稀土络合催化剂为核心的二氧化碳与环氧氯丙烷共聚反应生产脂肪族聚碳酸酯技术；广东中山大学的以高效纳米催化剂为核心的环氧丙烷高效合成聚碳酸亚丙酯树脂技术。在这4种技术中，实现了产业化的有3种，依次是采用中科院长春应用化学研究所技术建成投产的内蒙古蒙西高新科技集团3000吨/年、中海石油化学股份公司3000吨/年降解塑料项目，采用广东中山大学技术建成投产的河南南阳天冠集团5000吨/年项目，以及采用中科院广州化学所技术
