可降解塑料

塑料在自然中的降解过程主要有三步:(1)在日照、风化、氧气等因素下材料力学性能逐渐瓦解，高分子聚合物不断破碎粒径变小；(2)高分子聚合物大分子链断裂，分子量从原来的几万到几十万不等下降至数百；(3)最终塑料破碎为粒径小于5um的微粒，部分可进一步分解为CO2和H0实现完全降解。传统塑料自然降解过程时间非常长，可持续数世纪，但是，当前垃圾的生产和堆积速度非常快，可降解塑料是改善此种现状的有效措施之一，其在特定条件下数十天到数月内实现较高的降解率，所以通过完全降解处理塑料垃圾变成一种可重复实现的处理方案。

可降解塑料是一大类化学材料，是指制品满足使用要求，保存期内性能不发生改变，使用后能在自然环境中自动降解为无害物质且对环境无污染的塑料.降解方式有两种，一种是光、氧降解，一种是生物降解。光、氧降解塑料主要通过在传统石化材料中混入添加剂，使其在光照或高温条件下加速破碎裂解，近年研究发现此类降解塑料实际在可控时间内无法完全降解，短时间内在自然残留成分仍然较多。而生物可降解塑料废弃后在特定条件下可以快速被微生物分解为二氧化碳+水，进入生物圈的物质循环系统不再产生环境危害，是目前塑料降解最具前景的方向^[1]

(1)光降解塑料

光降解塑料是指通过光的作用可实现降解的塑料，该类塑料中的聚合物分子链在紫外线等光线照射下可激发电子活性，进而发生光化学反应，再加上大气环境中O2的影响，最终可发生光氧降解。在光化学作用下，光降解塑料的高分子链因遭到破坏而失去强度，材料发生脆化，并在风、雨等自然环境的作用下进一步细脆化，最终分解成为粉末融入土壤进入新一轮的生物循环。光降解塑料主要由光敏剂、光降解聚合物、光降解调节剂组成，生产工艺简单、成本低。但缺点也十分明显，其降解性很大程度上受到温度、光照强度等自然条件的约束。埋藏在地下的光降解塑料甚至会由于没有光照而收效甚微或根本无法分解。由于光降解塑料的各种局限性，光降解塑料主要适用于日照条件较好的地区。光降解塑料的适用面较窄，目前主要集中于农作物覆盖物^[3]

(2)生物降解，由自然界存在的微生物如细菌、霉菌(真菌)和藻类的作用而引起降解。理想的生物降解塑料是一种具有优良的使用性能、废弃后可被环境微生物完全分解、最终被无机化而成为自然界中碳素循环的一个组成部分的高分子材料。由于生物降解是主要的可降解塑料品种，因此通常我们所说的可降解塑料即生物降解塑料，由于其可以从根本上解决白色污染问题而受到各方重视。

(3)光/生物降解

融合光降解塑料和生物降解塑料双重特点

(4)水降解

添加了吸水性物质，在水中可以溶解

(1)全球塑料垃圾超3亿吨，处理不当垃圾中国占比最高。

目前，全世界每年有超过3亿吨塑料垃圾流入环境，造成每年约130亿美元的损失。除焚烧和回收再利用外，丢弃和填埋的塑料垃圾预计将在2050年达到约120亿吨。据J.R.Jambeck研究测算，2010年全球处理不当的塑料垃圾比例中，中国占比最大(约27.7%)，而在未来2025年全球处理不当的塑料垃圾比例中，中国占比最大(约26%)，其次是东南亚、南亚、北非和南美。

根据有关数据显示，在2017年，我国每年处理不当塑料垃圾约8.82百万立方米，在全球居首位。根据IHS统计，我国年均废弃塑料总量在4200万吨，其中包装领域占比达到59%。截至2021年，我国塑料袋的年使用量超过400万吨，但塑料废弃物回收利用率不超过35%。大量废弃塑料进入环境，在海洋垃圾中，塑料垃圾占比高达80%。2017年，我国国内每年处理不当的塑料垃圾数量大约为8.82百万立方米，是世界上海洋塑料垃圾最多的国家，是第二名印度尼西亚的两倍之多[3]

(2)塑料垃圾的潜在危害巨大。

①填埋侵占土地资源，造成土壤污染。不可降解的塑料在自然条件下一般需要200至500年才能降解，因此侵占大量土地，并造成地下水和土壤污染。

②排放温室、有害气体，加剧大气污染。塑料垃圾焚烧过程中产生大量有害气体，此外塑料生产和处理过程中产生大量温室气体。

③造成水体海洋污染。截至2019年全球年均有500-1300万吨塑料最终进入海洋，塑料垃圾占海洋垃圾总量80%以上。据UNEP统计每年全球塑料对海洋环境造成损失不少于80亿美元。

④第四，威胁生物生存。塑料垃圾容易被动物误食，据UNEP统计目前大约60%海鸟在某种程度上吃过塑料碎片。

⑤微塑料引发新危机。微塑料大部分来自塑料垃圾在自然中的分解。一方面，微塑料在土壤和海洋中大量积聚，易被动物摄取；另一方面，通过食物链，微塑料会大量积累于人类体内

(3)政策驱动，可降解塑料发展迅速

中央政府分别于2020年1月和7月发布《关于进一步加强塑料污染治理的意见》和《关于扎实推进塑料污染治理工作的通知》，分阶段设立禁塑限塑目标，提出到2025年对不可降解塑料逐渐禁止、限制使用，并要求各地在8月中旬前出台省级实施方案。

各省积极响应中央，地方政府已出台对应方案。各省已经在中央文件的指导下，下发了关于治理塑料污染实施方案，在政策实行、具体举措方面做出了相应规定^[4]

澳大利亚：从2017年7月1日起，禁止零售商向顾客提供一次性超薄塑料袋

智利：自2019年2月3日起，所有大型超市、商场不得再向购物者提供免费或收费塑料袋，规定全国大型超市、购物中心和百货商场将有6个月缓冲期

新西兰：自2019年起禁用一次性塑料购物袋

英国：2018年，在英国所有超市内征收5便士的塑料袋消费税；英格兰、苏格兰两地将全面禁止使用含有塑料微珠的冲洗型化妆品以及个人护理用品

美国西雅图：自2018年7月1日起，美国西雅图市将全面禁止餐饮行业向顾客提供一次性的塑料吸管以及塑料刀叉，鼓励消费者使用可以重复使用的餐具以及可以降解、堆肥的塑料制品

印度：2018年规定，在2022年前全面禁止使用一次性塑料制品

韩国：从2019年年底起，禁止使用难以回收利用的彩色塑料瓶或用聚氯乙烯(PVC)制成的塑料保鲜膜

泰国：到2019年底禁用塑料微珠等3种塑料产品；到2022年将禁用厚度小于36微米的轻质塑料袋、外卖食品用发泡胶容器、塑料杯和塑料吸管4种一次性塑料制品到2027年将全面使用100%可回收利用的塑料

加拿大：2020年规定，由难以回收的塑料制成的塑料食品袋，吸管，搅拌棒，六件套环，餐具和食品容器将在全国范围内停止使用

法国：自2020年1月1日起，境内禁止销售部分一次性塑料产品，包括塑料制的家用一次性棉签、一次性塑料杯子和盘子等；最迟于2023年1月1日起，禁止快餐店堂食提供塑料包装或一次性餐具，消费者可使用自带的容器购买餐食

美国纽约州：2020年零售店将不再向消费者提供单一购物用途的塑料袋，只可以向消费者有偿提供可重复使用的袋子，统一售价为5美分

中国：2020年规定，率先在部分地区、部分领域禁止、限制部分塑料制品的生产、销售和使用；自2022年起，年旅客吞吐量200万人次以上机场航站楼、停车楼内不主动提供一次性不可降解塑料袋；自2023年起，实施范围将进一步扩展至全国机场

可降解塑料根据处理方式分为无需堆肥、工业堆肥和不可堆肥的塑料；根据原料来源，分为生物基来源和石油基来源；根据降解方式分为生物降解、光降解、光/生物降解和水降解

(1)PLA

PLA，又称聚丙交酯，因其多由乳酸环状二聚体(即丙交酯)开环聚合制备而得名，也可由其他合成方法如乳酸直接缩聚法和直接固相聚合法来制备聚乳酸。由于乳酸分子中有一个手性碳原子、两个光学异构体，因此聚乳酸材料又可分为聚左旋乳酸(PLLA)、聚右旋乳酸(PDLA)和聚消旋乳酸(PDLLA)三种。PLA无毒，与生物相容性良好，机械性能、韧性、耐热性优良，透明程度高，同时对水蒸汽和氧气的透过性高，PLA的应用场景主要分为生活用、农林环保用、纺织用、复合材料、组织工程和3D打印材料等6大类。PLA的加工需要苛刻的加工环境，还需要专门改造的加工设备。同时PLA是典型的水解降解高分子材料，因此存贮过程需要苛刻的干燥环境，材料必须铝塑包装，而且存贮期不能超过2年，在非密封包装时，存贮期不超过6个月，50℃条件下更是只有几个小时的存放时间。因此，PLA制品的贮存成本较高。

(2)PBAT——最有前景的石油基可降解塑料

聚(己二酸丁二醇酯-co-对苯二甲酸丁二醇酯)(PBAT)是典型的生物可降解塑料，由丁二醇和对苯二甲酸单体组成的刚性对苯二甲酸丁二醇酯链段(BT链段)，而柔韧的己二酸丁二醇酯部分(BA部分)则是由1，4-丁二醇和己二酸单体组成，因此其既具有脂肪族聚酯良好的生物可降解性和柔韧性，也具有芳香族聚酯的良好力学性能、冲击性能和耐热性。PBAT既有良好的延展性、断裂伸长率、耐热性和抗冲击性能，又具有优良的生物降解性。成膜性能良好，通常与PLA树脂等共混改性制成终端产品，可用于塑料包装薄膜、农用地膜、一次性用具等。

(3)PGA

聚乙醇酸(PGA)，又称聚羟基乙酸，是一种单元碳数最少、具有可完全分解的酯结构、降解速度最快的脂肪族聚酯类高分子材料。聚乙醇酸最初的原料是乙醇酸，广泛存在于自然界，但因其分离提纯难度大，目前工业上都是通过有机合成的方法制备。PGA产品具有良好的气体阻隔性、生物相容性和可降解性，但是目前国内技术不成熟，以国外进口为主，量少价贵，可用于药物缓释材料、组织工程材料、手术缝合线等高附加值的医用领域。

(4)PHA

聚羟基脂肪酸酯(PHA)是细菌在生长条件不平衡时产生的代谢产物，其生理功能是首先作为体内的碳源和能量储存物质。常用的PHA合成方法有纯菌发酵法、基因重组法和混合培养法3种。通常情况下，短链PHA具有比较高的结晶度，表现出强而硬的塑料特性，而中长链的PHA由于结晶度很低，表现出软而韧的弹性体特征。目前PHA原料价格比较昂贵，主要用于医学领域，比如手术缝纫线、组织工程支架材料、药物载体材料等。PHA热稳定差、加工窗口窄，因此目前没有工业化手段大规模生产PHA纤维材料。

第一阶段:光降解塑料

20世纪60年代初，中国开始采用塑料棚膜用于稻田种植，并在1979年正式从日本引入塑料地膜用于蔬菜种植。塑料产品的应用对于中国的农业发展做出了贡献，但是也带来了白色污染问题。大量塑料残膜影响景观，且有动物误食死亡。为应对这一问题，中科院上海有机化学研究所、上海塑料制品研究所等科研和生产单位开始研发可降解塑料地膜，开发的主要品种为光降解塑料。

第二阶段:淀粉添加型降解塑料

在传统单体聚合的过程中加入淀粉等添加剂进行改性，使塑料在一般环境中可以裂解成微小的塑料片段，但这种降解方法并不能将塑料完全降解，其剩余的塑料片段不仅难以回收，还会对生态环境造成与普通塑料同样的危害。20世纪80年代中期至90年代初期，由于土埋部分无法接受光照进行降解，且受到欧美国家技术路线的影响，中国产业界对可降解塑料的研发逐渐集中到了淀粉添加型降解塑料方向。但是淀粉添加型塑料难以完全生物降解，且价格偏高。

第三阶段:生物降解塑料

淀粉添加型塑料由部分降解转向全淀粉降解型，主要是通过与PBAT等可降解塑料共混，以期达到全生物降解的目的。

第四阶段:全生物降解塑料

现阶段，在生物降解的配方上选用完全生物降解组份，使得制品能够完全降解，生成二氧化碳和水，主要材料有PBAT，PLA和PBS等^[5]

参考资料：

[1]研报】可降解塑料行业深度报告(一)：政策从限塑行至禁塑黄金赛道雏形已现-210427(27页).pdf

[2]研报】新材料行业专题系列报告(五)：可降解塑料千亿市场政策加码-20201019(24页).pdf

[3]2021年可降解塑料未来市场空间与TPES业研究报告20页.pdf

[4]【研报】础化工行业生物可降解塑料专题报告之二：生物降解塑料政策梳理与应用观察-210201(20页).pdf

[5]【研报】化工行业：可降解塑料产业突飞猛进机遇与挑战并存-210427(42页).pdf