浙江在線1月29日訊（浙江在線記者 林婧 見習(xí)記者 何冬健 俞碧寅）2021年，號(hào)稱我國(guó)史上最嚴(yán)的“限塑令”正式生效。

        走進(jìn)各大商場(chǎng)，曾經(jīng)可以付費(fèi)購(gòu)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(shí)，卻也帶來(lái)了強(qiáng)度低、易吸濕等缺點(diǎn)。一時(shí)間，“用紙吸管喝奶茶有多難”成為了熱門話題，甚至有網(wǎng)友針對(duì)不同品牌使用的紙吸管進(jìn)行了測(cè)評(píng)，分享個(gè)人“食用”體驗(yàn)。

        塑料自發(fā)明以來(lái)，給人類的衣食住行帶來(lái)了巨大的進(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。

        那么是否能夠開發(fā)一種可以代替塑料的新材料，打破環(huán)境污染的困擾，擺脫生態(tài)破壞的“枷鎖”？可降解材料有哪些前沿進(jìn)展？日前，本報(bào)記者專訪了我省材料領(lǐng)域的專家學(xué)者，帶你一窺其中的奧秘。

        與乳酸飲料同宗的

        “聚乳酸”

        走進(jìn)杭州師范大學(xué)材料與化工學(xué)院教授李勇進(jìn)的辦公室，桌上放著的一大袋吸管吸引了記者。“這個(gè)是完全可生物降解的吸管。”李勇進(jìn)拿出一根斜口粗吸管捏了捏：“戳破奶茶蓋完全沒有問題，還能耐80℃高溫，不會(huì)喝著喝著就變形。”

        李勇進(jìn)告訴記者，這種吸管是用一種叫聚乳酸的材料制作的，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，聚乳酸在堆肥狀態(tài)下又能完全降解成為水和二氧化碳。因而，聚乳酸是一種完全生命周期的可降解、可循環(huán)的材料。

        理想的生物可降解材料是這樣一種高分子材料，它使用性能優(yōu)良、廢棄后可被環(huán)境微生物完全分解、最終回歸大自然生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)?？赡懿簧偃艘詾椋山到獠牧涎诼裨谧匀画h(huán)境中幾個(gè)星期后就會(huì)無(wú)影無(wú)蹤。李勇進(jìn)指出，可降解材料的分解同樣需要時(shí)間和條件，但相較于一般塑料完全降解上百年的時(shí)長(zhǎng)，可降解塑料的降解效率要高得多。

        作為一種新型高分子材料，聚乳酸大多應(yīng)用在包裝、一次性薄膜上，也可以作為工程塑料使用在汽車、電器制造上，甚至也可以應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域，目前有不少?gòu)S家正以聚乳酸作為熔噴布的原料，制作口罩。

        “我今天穿的衣服就是用聚乳酸纖維做的，很舒適。” 李勇進(jìn)指著自己的領(lǐng)子說(shuō)，“在傳統(tǒng)塑料使用的所有領(lǐng)域，它都有發(fā)揮本領(lǐng)的空間。”

        材料雖好，推廣卻困難重重。原因之一在于聚乳酸本身的耐熱溫度不是很高。李勇進(jìn)舉例，兩年前安徽豐原集團(tuán)就曾因聚乳酸的耐熱問題請(qǐng)教他——他們發(fā)現(xiàn)吸塑過程中，當(dāng)溫度達(dá)到70℃，聚乳酸變形十分嚴(yán)重，良品率僅有30%。

        高居不下的成本也是聚乳酸制品推廣緩慢的原因。記者了解到，傳統(tǒng)塑料制品的主要原料聚乙烯，市場(chǎng)上一噸的價(jià)格在1萬(wàn)元左右。盡管聚乳酸屬于較便宜的可生物降解材料，目前的成本也要3萬(wàn)元每噸。

        當(dāng)前，“生產(chǎn)成本”和“限塑令”的雙重壓力讓市場(chǎng)上出現(xiàn)不少“歪路子”的偽可降解制品。李勇進(jìn)說(shuō)，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(diǎn)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(huì)變成碎片，更難處理。

        李勇進(jìn)提醒，在日常生活中，分辨真?zhèn)慰山到庵破返囊淮笠鼐褪?ldquo;可降解塑料制品標(biāo)識(shí)”，去年9月，中國(guó)輕工業(yè)聯(lián)合會(huì)制定并發(fā)布了《可降解塑料制品的分類與標(biāo)識(shí)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(shí)。

        來(lái)自天然植物的

        “納米纖維素”

        常見的一次性飯盒、一次性餐具、一次性塑料袋……在杭州市化工研究院的展覽廳，這些可降解材料制品的外觀看上去，和我們平日使用的傳統(tǒng)塑料產(chǎn)品別無(wú)二致。

        杭州市化工研究院院長(zhǎng)姚獻(xiàn)平如數(shù)家珍： “這些產(chǎn)品都是由淀粉衍生物和納米纖維素相結(jié)合制成的。與其他只能部分降解的產(chǎn)品不同，它們?cè)谧匀画h(huán)境中6個(gè)月左右就可全部降解，回歸大自然，實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境的零污染。”

        姚獻(xiàn)平介紹，他研究的納米纖維素是具有一維尺寸小于100納米的微細(xì)纖維，粗細(xì)只有頭發(fā)絲的兩萬(wàn)分之一?？蓜e被它“身輕體細(xì)”的表面迷惑了，這種生物材料的重量?jī)H為鋼材重量的五分之一，但強(qiáng)度卻是其5倍。它還具有與玻璃纖維類似的低熱膨脹系數(shù)，應(yīng)用范圍十分廣泛。

        “納米纖維素的原料非常豐富，從理論上來(lái)說(shuō)，所有植物的纖維素都能成為它的素材。”姚獻(xiàn)平說(shuō)，納米纖維素主要由樹木、廢木材、植物和廢紙等天然生物質(zhì)制成，由于其原始成分，該材料是可回收和可生物降解的。因此，納米纖維素可以與淀粉衍生物、生物降解高分子材料等相結(jié)合用來(lái)開發(fā)全降解生物質(zhì)新材料，替代難以降解、會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染的一次性塑料。

        “實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，納米纖維素天然無(wú)毒且具有優(yōu)良的阻隔性能，可以用來(lái)制備食品用防油紙和一次性紙餐具。在它的包裹下，氧氣和水蒸氣進(jìn)不去、出不來(lái)，在食品保鮮方面也能大放異彩。”姚獻(xiàn)平說(shuō)。

        此外，納米纖維素還具有輕質(zhì)高強(qiáng)、生物相容性好等特點(diǎn)。借助這些特性，可用于汽車、飛機(jī)等交通工具高強(qiáng)輕量化材料，還可作為化妝品營(yíng)養(yǎng)物的導(dǎo)入材料以及生物醫(yī)學(xué)材料。幾年前，德國(guó)通過3D打印技術(shù)，利用木質(zhì)納米纖維素，制成了移植用的人造耳朵。這種人造耳朵可為先天性耳廓畸形兒童重建耳廓，使畸形耳朵得以補(bǔ)救，而且不會(huì)影響聽力。

        目前，姚獻(xiàn)平團(tuán)隊(duì)在華南理工大學(xué)、杭州機(jī)電設(shè)計(jì)研究院等專家團(tuán)隊(duì)合作下，已建成國(guó)內(nèi)首條100kg/d微納米纖維素的中試線，已在納米纖維素綠色、低成本、連續(xù)化制備關(guān)鍵技術(shù)上取得重大突破。

        姚獻(xiàn)平告訴記者，零水分的納米纖維素，國(guó)際市場(chǎng)上每噸價(jià)格在100萬(wàn)元人民幣以上，等中試線成熟、產(chǎn)業(yè)線大量投入以后，團(tuán)隊(duì)有信心將成本降到10萬(wàn)元以下。

        “現(xiàn)階段全世界這項(xiàng)新材料的研究也是起步不久，造價(jià)成本高，市場(chǎng)能否接受還是一個(gè)問題，但是通過聯(lián)合技術(shù)攻關(guān)，我們有信心趕上世界先進(jìn)水平。”姚獻(xiàn)平滿懷自信。

        防治無(wú)處不在的

        “白色垃圾”

        近年來(lái)，科學(xué)家陸續(xù)在地球上人跡罕至的環(huán)境里發(fā)現(xiàn)了“白色垃圾”的痕跡。2019年，有探險(xiǎn)家在馬里亞納海溝的底部10927米處“巧遇”塑料垃圾。這個(gè)人類能達(dá)到的地球最深處，也遭到了“白色垃圾”的入侵。

        有學(xué)者認(rèn)為，若干年后，海洋中的塑料垃圾可能會(huì)與海洋中的魚類一樣多。由于塑料垃圾無(wú)處不在，人類已難以在地球上找到不被污染的凈土。

        公開資料顯示，全世界每年大約生產(chǎn)3.7億噸塑料，相當(dāng)于250萬(wàn)只藍(lán)鯨的重量，其中90%以上的產(chǎn)品都沒有回收利用。2020年由自然資源保護(hù)協(xié)會(huì)和北京石油化工學(xué)院發(fā)布的《中國(guó)塑料的環(huán)境足跡評(píng)估》指出，截至2019年，全國(guó)初級(jí)形態(tài)塑料產(chǎn)量累計(jì)已超過10億噸，我國(guó)現(xiàn)已成為全球最 大的塑料生產(chǎn)國(guó)與消費(fèi)國(guó)。

        與“白色污染”相比，微塑料的粒徑范圍從幾微米到幾毫米，是形狀多樣的非均勻塑料顆粒混合體，肉眼往往難以分辨，有學(xué)者曾形象地將它與“PM2.5”做類比。

        目前，對(duì)微塑料污染的研究大多集中海洋環(huán)境中，發(fā)現(xiàn)在海底和一些深海海域有著高濃度的微塑料，同時(shí)也有越來(lái)越多的證據(jù)表明它們會(huì)對(duì)海洋物種的健康產(chǎn)生影響。

        浙江工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院高分子材料研究所教授馮杰認(rèn)為，廣義的微塑料離我們并不遠(yuǎn)，從化纖織物磨損后掉落的碎屑、部分膏狀化妝品添加物，到馬路上輪胎的磨損，都可能含有或形成微塑料。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(jí)微塑料，因?yàn)轭w粒較大，不能通過人體的小腸絨毛進(jìn)入血液，它應(yīng)該會(huì)被排出體外。但是，口腔攝入納米級(jí)的微塑料就會(huì)產(chǎn)生潛在危害。納米級(jí)甚至微米的微塑料能夠進(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。

        當(dāng)前，“禁塑”已然成為社會(huì)熱點(diǎn)問題，但是“禁塑”的目的不止于“禁”。

        在李勇進(jìn)看來(lái)，“禁塑”的目的在于教會(huì)人們?nèi)绾问褂盟芰洗?。他認(rèn)為：“都說(shuō)人工合成的塑料是20世紀(jì)最重要也是最差的發(fā)明，但我認(rèn)為它一定是最 好的發(fā)明。如果能做到盡量少用、重復(fù)利用和可回收，‘白色污染’是可以避免的。”

        “禁塑不是要讓塑料制品離開我們的生活，而且避免用過即棄這樣的使用習(xí)慣。”浙江省塑料工程學(xué)會(huì)秘書長(zhǎng)陳思表示，如今我省可降解材料的產(chǎn)能在逐漸上升，市場(chǎng)占有率也越來(lái)越高，大家還是非常樂意接受可降解材料的。

        馮杰提醒：“目前至少有5%-10%的塑料袋是沒有回收的，如果使用傳統(tǒng)塑料袋就會(huì)對(duì)環(huán)境造成不可逆影響，這是國(guó)家推廣使用可生物降解塑料的主要原因。即使我們使用了可生物降解的塑料袋還是不能亂丟，要進(jìn)行分類并回收處理?？山到馑芰洗坏┻M(jìn)入水系，很難講其降解過程不會(huì)對(duì)水生動(dòng)物產(chǎn)生負(fù)面影響，這些都值得深入研究。”

 

納米纖維素制備流程現(xiàn)場(chǎng)之纖絲化制備。

納米纖維素制備流程現(xiàn)場(chǎng)之取樣。


 

聚乳酸（PLA）可降解餐盒。


 

杭州市化工研究院展覽廳展品——淀粉母粒。
 

 

可降解塑料袋。