▶众所周知，除了气候问题之外，塑料问题也一直是大众关注的问题。尽管社会开始提倡大家使用环保袋，减少生活塑料制品的使用，但在建筑等领域需要用到的塑料制品却没办法减少。随着经济不断发展，人口数量增加，全球的建筑需求也在随之增加，难道真的没有办法使建筑业进一步环保化吗？近期，瑞典斯德哥尔摩＊＊理工学院（KTH Royal Institute of Technology）在科学杂志《自然通讯》上发表的一项研究引起了大家的注意：用于家居用品和建筑材料的塑料可以用一种具有半结构强度的新型木质可降解塑料代替。该研究团队的负责人介绍：＊开始悬着研究开发这种可再生木材复合材料，目标之一就是取代当前市面上用于家庭建筑和家具的化石基材料，例如浴室柜，门，墙板和台面等，因此从安全角度上看，该材料足够坚固。图片说明：KTH的研究人员彼得·奥尔森（Peter Olsén）拿着一块从木头中提取的新型可降解塑料样品。他说:“这些新材料，由于其高纤维含量和可降解，可能是未来循环材料经济的游戏规则改变者。”其次，与热塑性塑料＊大的不同，就是这种材料可以在不损害环境的情况下进行分解，“可降解性使循环性将成为可能”斯德哥尔摩KTH＊＊理工学院的研究员Peter Olsén说。在此之前，还没有人能够制造出纤维含量如此高的可降解塑料，因此为了获得更高的纤维含量，研究人员将聚合物化学与类似于碳纤维复合材料的工艺技术相结合，多次实验之后才有所成果。另外值得注意的是，通过该材料降解塑料后，其中的木纤维也是可以回收利用的。木材作为环保材料，未来在建筑和家居方面的应用也会越来越多，更多可回收木质产品的生产，可以减少全球的森林压力。为了使该研究成果商业化，研究团队目前还在改进配方中，如果这项技术如果成熟并投入生产，或许还可以应用到更多领域，届时将会有更多的树木被拯救。
据统计，包装材料所消耗的塑料制品约占所生产塑料的40%，食品包装一直是此类材料的＊大用户。由于传统塑料对环境有着各种各样的有害影响，食品包装行业一直在寻找此类材料的可替代品。在白色污染和石油危机日趋严重的今天，为了替代石油基塑料并制定可持续的解决方案，具有生态友好特征和可持续性的生物基质——生物分解塑料应运而生，有望替代部分石油基塑料成为一种新型基础原材料，在农业、包装、生物医用等领域已开始显示出巨大的市场潜力。目前，生物塑料主要由富含碳水化合物的植物制成，如玉米、甘蔗或甜菜——所谓的粮食作物或第一代原料。第一代原料目前是生产生物塑料＊有效的原料，因为它需要＊少的土地来生长，产量＊高。生物塑料行业也在研究纤维素等非粮食作物作为第二代和第三代原料使用，以期进一步用于生产生物塑料材料。创新技术的重点是粮食作物生产的非食用副产品，这些副产品产生大量纤维素副产品，如秸秆、玉米秸秆或甘蔗渣，可用于生产生物聚合物。按来源或生产方法划分，目前生物质全生物分解塑料市场中已经或接近产业化的品种主要有以下几类。plastic 1天然高分子产物直接从天然材料（主要是植物）提取大分子进行改性得到，主要包括淀粉、纤维素和蛋白质。其中，多种植物淀粉经改性转化为热塑性淀粉（TPS），进而加工成塑料制品，目前已有日本住友、美国Wamer－Lamber、意大利Ferrizz等公司宣称研究成功含淀粉量在90%～100%的全淀粉塑料，在较短期间（1月～1年）完全生物降解而不留任何痕迹，无污染，可用于制造各种容器、瓶罐、薄膜和垃圾袋等。多种植物的纤维素也被加工成各种包装材料，如稻草板包装材料、麦秆纤维餐盒、草浆纸板餐具等。此外，玉米蛋白、小麦蛋白及来自于牛奶的酪蛋白等亦可用于食品包装。其它来自于生物资源的可降解材料还有自然界中大量存在的甲壳素及其衍生产物壳聚糖。近日，西北农林科技大学的刘夫国教授团队从农业废弃物紫色玉米芯中提取得到含pH敏感花青素的提取物（PCCE），和含木质素的纤维素纳米晶（LCNC），并采用阳离子生物聚合物壳聚糖用作组装薄膜基质的支架材料，使用简单的溶剂浇铸法生产得到了LCNC-PCCE-壳聚糖复合膜，用于环保的pH响应型包装材料。LCNC的加入改善了薄膜的疏水性和机械性能，并赋予了抗氧化活性和紫外线阻挡性能。PCCE中花青素的存在赋予了薄膜可逆的pH响应性，可以很好地用于监测猪肉和虾产品新鲜度的变化。农业生产中的废料（紫色玉米芯）可转化为有价值的智能包装材料，可用于替代合成石油基塑料材料。相关工作以“Development of pH-Responsive Active Packaging Materials Based on Purple Corncob and Its Application in Meat Freshness Monitoring”为题发表在《Food Research International》上。2“玉米塑料”聚乳酸由来自于可再生生物资源的单体经人工聚合而得的聚合物，代表性的是由植物淀粉经生物发酵所得的乳酸再经人工聚合而得的聚乳酸。PLA性能和聚酯比较接近，有望成为其替代品应用于包装领域。自2005年11月起，PLA薄膜已作为鲜切食品包装出现在全球＊大零售企业沃尔玛的卖场中。3“玉米塑料”聚乳酸以工业废弃物CO2为碳氧资源，与环氧烷烃共聚得到的聚合物塑料。这是唯一一个我国具有＊＊＊＊工业化技术的全生物分解塑料品种，相同生产规模下成本将低于聚乳酸。目前已开发为一次性医疗器械和食品包装。4微生物塑料聚羟基烷酸酯由微生物或转基因农作物在植物细胞内直接合成的聚羟基脂肪酸酯类（PHAs）。目前研究较多的主要是聚羟基丁酸酯（PHB）和聚羟基戊酸酯（PHV）。它们从生产过程到产品都有利于环境，且因成员组成广泛，结构和性能多变，可适应不同的应用需要，已用于药物缓释体系的研究，在食品包装方面具有潜在应用价值。食品包装正在快速发展，以满足世界对环保和可持续包装材料的需求。目前该方面科研集中在各个方面，包括使用物理、化学和酶处理提高天然可生物降解聚合物的性能；合成新的可生物降解聚合物，改善聚合物特性，并扩大工艺规模；改进生物基常规聚合物的生产，以及寻找新的可再生资源。有报告指出，全球生物塑料市场将快速增长，预计年均增速可达8%-10%，包装仍将占主导市场地位。到2025年，亚洲将是生物塑料市场市场的＊＊＊，基于转基因植物将得到快速发展，其约占32%的市场份额，其次是欧洲占到31%，美国占28%。加快生物分解塑料的产业化步伐将推动“绿色包装”在我国的广泛应用，可使我国产品出口时避免由于采用了非降解材料而遭遇“绿色壁垒”，并改善或缓解“白色污染”，顺应资源和原料的可持续性发展趋势。参考文献[1] 何江川,张睿,王颖.食品包装用生物塑料研究进展[J].食品工业科技,2011,32(05):330-334.[2] Aswathy Jayakumar, Sabarish Radoor, Jun Tae Kim, et al. Recent innovations in bionanocomposites-based food packaging films–A comprehensive review. Food Packaging and Shelf Life, 2022, 33, 100877.[3] Qiankun Wang, Yidong Jiang, Wenzhang Chen, et al. Development of pH-Responsive Active Packaging Materials Based on Purple Corncob and Its Application in Meat Freshness Monitoring, Food Research International, 2022, 111832, 0963-9969.
11月3日，广东省发展和委员改革会印发《广东省循环经济发展实施方案（2022-2025年）》。《方案》在”大力发展绿色生态循环农业“提到，深入开展地膜科学使用回收，大力推进标准地膜应用、机械化捡拾、专业化回收、资源化利用和妥善处置，聚焦重点用膜地区推广应用全生物降解地膜和标准地膜，有效防控农田白色污染。在”塑料污染治理专项行动“提到，要因地制宜、积极稳妥推广可降解塑料，健全标准标识体系，提升检验检测能力。在”快递包装绿色转型行动“提到，到2025年，电商快件基本实现不再二次包装，邮政快递网点禁止使用不可降解的塑料包装袋、塑料胶带、一次性塑料编织袋。此外，在“保障措施“部分指出，要强化市场监管，严厉打击违规生产销售明令禁止的塑料制品，严格查处可降解塑料虚标、伪标等行为。
▲在化石资源日益枯竭、CO2过度排放等造成的全球气候、环境恶化的背景下，发展低碳循环经济已成为全球共识，生物可降解材料的推广应用是解决环境污染的重要途径之一。目前生物可降解材料按原料来源可将其分为石化基和生物基两类。石化基包括二元酸二元醇共聚酯系列（聚丁二酸丁二醇酯PBS）、聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇（PBAT）、二氧化碳共聚物（PPC）、聚己内酯（PCL）、聚乙醇酸（PGA）等；生物基包括聚乳酸（PLA）、聚羟基脂肪酸酯类聚合物（PHAs）、全淀粉基、纤维素等。生物基PLA材料于1913年由法国人通过缩聚法合成，经过几十年的发展，1954 年美国杜邦公司通过两步法制备了高分子量的PLA，1989年日本钟纺公司与金岛公司合作开发了PLA纤维，推动了PLA材料的应用，2000年中国对PLA展开了工业化、规模化的应用。PLA纤维材料是一种新型生物基可降解材料，是以乳酸为主要原料聚合得到的聚合物，原料来源充分且可再生，主要以玉米、木薯等为原料，可采用熔纺、静电纺丝等多种方式进行加工。PLA 纤维材料因具有良好的生物相容性、易降解可再生等特点，使其在生物医学、过滤分离、包装等领域具有较好应用前景。本研究主要探讨生物基PLA纤维的制备、应用及回收策略问题。1、PLA的制备方法PLA是一种热塑性脂肪族聚酯，其单体有右旋-乳酸（PDLA）和左旋-乳酸（PLLA）两种旋光异构体，均属于全同立构，可在适当的条件下形成晶体。PLA的合成包括直接缩聚法、开环聚合法、共沸脱水缩合法3种，如图1所示。直接缩聚法需要在等摩尔浓度下羟基和羧基脱水缩聚得到低分子聚合物，然后通过偶联剂或者酯化促进剂得到高分子聚乳酸，其成本低，但需要进行两步聚合，而且杂质不易去除；共沸脱水缩合法避免了酯化促进剂的使用，溶剂沸点的增加提高了聚合的速率；开环聚合法在催化剂的作用下，可＊＊控制 PLA 的化学结构，获得特定产物。2、聚乳酸纤维制备方法2.1 熔融纺丝熔融纺丝法是以聚合物熔体为原料，经喷丝孔挤出，在空气中快速冷凝而固化成纤。熔融纺丝工艺简单，纺丝液为成纤高聚物自身的熔融液，不需要进行纺丝溶剂或凝固浴的回收，而且纤维成形过程在气相中完成，摩擦阻力小，可采用较高的卷丝速度，生产效率高。但是，并非所有成纤高聚物都可用熔融纺丝制备纤维，采用熔融纺丝制备纤维的条件之一：高聚物熔融温度必须低于其热分解温度约30 ℃，否则难以用经典的熔融法进行纺丝。聚乳酸熔融纺丝的生产工艺与聚对苯二甲酸乙二醇酯的纺丝工艺类似，分高速纺丝一步法、纺丝-拉伸二步法。在熔融纺丝过程中，PLA降解反应热敏性与熔体高黏度之间存在矛盾，造成PLA熔融纺丝加工温度范围极窄，且需要控制母粒中的含水量，防止熔融挤出过程中发生水解碳化。同时，PLA低结晶速率导致热变形温度低，材料质脆、韧性差且成形周期长。为改善PLA熔融纺丝性能，潘晓娣等人在对 4种聚乳酸切片流变性能及其对熔融纺丝性能的影响研究中发现，增大剪切速率即提高纺丝速度对PLA熔体的表观黏度的影响越小，纺丝工艺越容易控制。李晓川等人通过熔融纺丝制备聚丙烯/聚乳酸（PP/PLA）纤维并对其性能研究发现，PP 的加入，PLA 的热稳定性有小幅度下降，但结晶度有所提高，而且 PP/PLA 共混纤维的取向度和力学性能得到改善。CLARKSON等人以聚乙二醇（PEG）为增容剂在无水无溶剂条件下通过熔融纺丝制备了高刚度纤维素纳米纤维/聚乳酸(CNF/PLA)复合纤维，当添加质量分数1.3%的CNF时，经热拉伸后纤维力学性能提高了600%。2.2 溶液纺丝溶液纺丝分溶液干法和湿法两种。PLA 纤维纺丝原液的制备常采用二氯甲烷、三氯甲烷或甲苯作溶剂，如YANG S等人研究溶液浇铸高分子量聚乳酸/碳纳米管（PLA/CNT）复合材料在二氯甲烷（CH2Cl2）、三氯甲烷（CHCl3）、N，N-二甲基甲酰胺（DMF）和 1,4-二氧六环（DIOX）等溶剂作用下的立构络合物结晶。研究发现，添加质量分数 0.1%的碳纳米管（CNT）可以促进等PLLA/PDLA共混物中立构结晶（SC）的形成。广角 X 射线衍射和差示扫描计算结果表明，溶剂提高 PLLA/PDLA/CNT复合材料中 SC 含量的能力由大到小依次为 DMF、DIOX、CHCl3、CH2Cl2。特别是在 DMF 中形成了独特的SC微晶。这种差异可以用溶解度参数和溶剂蒸汽压来解释。研究结果也为调节PLLA/PDLA/CNT共混物的结晶组成提供了可能的解决方案。溶液纺丝制备PLA纤维研究较少，同熔融纺丝纤维相比，溶液纺丝具有以下优势：在纺丝过程中聚合物缠结的网络结构少，使得初生丝有很高的拉伸性能；纺丝温度低，热降解比熔纺纤维低；纤维机械性能好，强度较熔纺纤维高，但溶液纺丝存在纺丝速度较慢、纺丝过程溶剂污染及回收问题，因此在工业生产应用中比较受限制。2.3 静电纺丝静电纺丝是指聚合物溶液或熔体在外加电场作用下的纺丝工艺，所制备纤维可达纳米级（5 nm~1000 nm），但纺丝条件易对纤维形貌和性能产生较大影响。殷雪兵等人研究二氯甲烷（DCM）、六氟异丙醇（HFIP）、二甲基甲酰胺（DMF）对 PLLA 溶液成丝能力、纺丝产物微观结构及过滤性能的影响。研究发现，DCM/DMF 混合溶剂可有效改善PLLA溶液成丝性和射流稳定性，纤维直径明显下降，且纤维之间形成粗细交叉特殊结构，当DCM/DMF体积比为 0.2 时配成的PLLA纺丝液得到的纤维膜综合性能＊佳。王晓辉等人利用熔体微分静电纺丝制备PLA纤维，在纺丝温度260 ℃、气流流量20 m3/h、气流温度100 ℃和纺丝距离5.5cm 时，纤维平均直径达到＊小值，为400 nm。此外，钟郭程等人以羟基封端D型聚乳酸作为大分子引发剂，引发 L-丙交酯本体开环聚合，制备了不同数均分子量的线性立构二嵌段聚乳酸，并借助静电纺丝制备亚微米级纤维。研究结果表明，所形成的立构复合结晶的熔点均超过 215 ℃，热稳定性得到改善并表现出良好的韧性。静电纺丝较传统纺丝技术可实现纤维材料细化，同时，PLA 立构复合结晶的形成有助于提高纤维材料的力学性能。3、结束语目前，国内生物基PLA纤维及制品的成形与应用仍处于初级阶段。数据显示，截至2021年底，我国PLA的产能约在45.2万t，预计2025年将达500万t。PLA作为一种绿色环保材料，具有替代传统石油基纤维材料的潜力，分析对比现有生物基PLA纤维成形方式及优缺点，在具有产业化前景的熔融纺丝加工过程中需解决PLA降解反应热敏性与熔体高黏度之间的矛盾，拓宽 PLA 熔融纺丝的加工温度范围等。同时，借助PLA回收利用技术加快我国PLA纤维原料的稳定供应。在国家“双碳”战略等利好政策下，可预见生物基PLA纤维材料及制品会迎来跨越式发展，在生物医学、过滤与分离、包装等领域展现出良好的应用前景。
大小新闻客户端10月27日讯（YMG全媒体记者 庞磊 通讯员 由依卓 摄影报道）大片绿油油的花生地里干干净净，拔起花生秧子，底下露出饱满的花生果子——往年紧紧附着的数不清的白色塑料地膜碎片竟然不见了。近日，这一幕在烟台海阳市农业技术推广中心位于留格庄镇的花生试验田中上演，证实“全生物可降解地膜试验”获得成功。今后，农村地膜一片狼藉、随风乱舞的景象或将不复存在。新型地膜可解决普通地膜在土壤中难分解的问题金秋时节，在位于留格庄镇的花生试验田中，海阳市农业技术推广中心的工作人员正在查看花生长势以及可降解地膜的试验情况，并对观测数据进行采集。从春种到秋收，这一过程整整持续了半年时间。“我所在的这片地是今年承担的山东省全生物可降解地膜试验项目，是我们省重大协同推广项目，目前已经接近尾声。可以看到这个可降解地膜，垄面上完全与地面贴合，而且在膜的表面已经出现了大量的碎裂，这样在后期完全不会影响下一季的耕作，包括它的垄肩部分，也出现了比较明显的破解，这也是它降解的一种表现。在花生收获的时候，完全不会影响花生的机收，对下茬作物也没有较大的影响，而且它在翻耕到土壤之后，通过后期微生物和水的作用，就会完全降解成水和二氧化碳，在土壤中可以做到完全没有保留。”当日，海阳市农业技术推广中心高级农艺师张晓龙带队到田间执行＊后一次拍照任务，同时把埋于田间地下的温湿度计取出，后期将通过电脑把温湿度计里面记录的数据导出，然后结合历次观测的可降解地膜的降解数据以及花生数据进行综合分析，＊终找到＊适合花生栽培的可降解地膜的种类。张晓龙告诉记者，全生物可降解地膜是一种以新型生物降解材料为原料生产的农用地膜，可有效解决普通地膜在土壤中极难分解，大量残留在土壤中破坏土壤结构，阻碍土壤中水分和养分的运动，影响农作物生长发育的问题。八年累计试验100余种花生配方今年，海阳市农业农村局在留格庄镇划定试验示范面积400亩，共设置了48个处理（品种），选取45种不同配方的全生物可降解地膜，在不同时期进行定点观测。为保证试验观测数据准确并有可推广性，该试验已经连续进行八年，累计试验100余种花生配方。根据不同的试验要求，张晓龙在田间埋设了两种不同类型的温湿度计，设置每小时记录一次温湿度数据，便于后期分析覆盖不同的全生物可降解地膜对土壤温湿度的影响。“我现在手里拿的，一种是测温计，一种是温湿度计。我们设置的检测间隔都是每小时记录一次数据。后期，我们通过仪器将数据导入到电脑中，对它所记录的全部数据进行分析，目前通过仪器我们可以看出，从埋设之后到现在，总共记录了2543条温度数据，将来48个参试品种数据汇集起来将会是一个非常庞大的数据，有助于我们详细地分析可降解地膜在保温保墒这一块所起到的作用。”海阳助推乡村振兴走绿色发展之路在农业生产领域，地膜覆盖技术凭借有效增加土壤湿度和温度等作用，成为助力农业增产增收的重要途径。但传统塑料地膜在作物收获后残留在土壤中，难以降解，对土壤造成了污染和损害。随着地膜使用强度的增加，其污染的程度也日趋严重。近年来，海阳市不断探索农业绿色发展新路径，在部分地块开展了全生物可降解地膜试验研究，向农田“白色污染”宣战，助推乡村振兴走上绿色发展之路。下一步，海阳市农业技术推广部门将通过多种渠道推广全生物可降解地膜，做好农田土壤保护工作。
