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最严限塑令带来新机遇可降解材料的未来有多炫扁顶针

文章来源:双子机械网  |  2022-12-22

最严“限塑令”带来新机遇 可降解材料的未来有多炫

2021年,号称我国史上最严的限塑令正式生效。

走进各大商场,曾经可以付费购买的塑料袋消失了踪影,环保袋取而代之,成为人手一只的畅销品。不少连锁咖啡、奶茶店将塑料吸管替换成了纸吸管的同时,却也带来了强度低、易吸湿等缺点。一时间,用纸吸管喝奶茶有多难成为了热门话题,甚至有网友针对不同品牌使用的纸吸管进行了测评,分享个人食用体验。

塑料自发明以来,给人类的衣食住行带来了巨大的进步,在家用电器、包装材料、建筑设施、医疗器械等领域都有着广泛的应用。但由于其降解缓慢甚至不能降解,白色污染问题日渐成为全球生态环境的不可承受之重。

那么是否能够开发一种可以代替塑料的新材料,打破环境污染的困扰,摆脱生态破坏的枷锁?可降解材料有哪些前沿进展?日前,本报记者专访了我省材料领域的专家学者,带你一窥其中的奥秘。

与乳酸饮料同宗的

聚乳酸

走进杭州师范大学材料与化工学院教授李勇进的办公室,桌上放着的一大袋吸管吸引了记者。这个是完全可生物降解的吸管。李勇进拿出一根斜口粗吸管捏了捏:戳破奶茶盖完全没有问题,还能耐80℃高温,不会喝着喝着就变形。

李勇进告诉记者,这种吸管是用一种叫聚乳酸的材料制作的,原料是从玉米、马铃薯等生物质中提取的淀粉。淀粉发酵后产生了乳酸,乳酸再经过一定的化学变化就形成了聚乳酸。使用完后,聚乳酸在堆肥状态下又能完全降解成为水和二氧化碳。因而,聚乳酸是一种完全生命周期的可降解、可循环的材料。

理想的生物可降解材料是这样一种高分子材料,它使用性能优良、废弃后可被环境微生物完全分解、最终回归大自然生态循环系统。可能不少人以为,可降解材料掩埋在自然环境中几个星期后就会无影无踪。李勇进指出,可降解材料的分解同样需要时间和条件,但相较于一般塑料完全降解上百年的时长,可降解塑料的降解效率要高得多。

作为一种新型高分子材料,聚乳酸大多应用在包装、一次性薄膜上,也可以作为工程塑料使用在汽车、电器制造上,甚至也可以应用于医疗领域,目前有不少厂家正以聚乳酸作为熔喷布的原料,制作口罩。

我今天穿的衣服就是用聚乳酸纤维做的,很舒适。 李勇进指着自己的领子说,在传统塑料使用的所有领域,它都有发挥本领的空间。

材料虽好,推广却困难重重。原因之一在于聚乳酸本身的耐热温度不是很高。李勇进举例,两年前安徽丰原集团就曾因聚乳酸的耐热问题请教他他们发现吸塑过程中,当温度达到70℃,聚乳酸变形十分严重,良品率仅有30%。

高居不下的成本也是聚乳酸制品推广缓慢的原因。记者了解到,传统塑料制品的主要原料聚乙烯,市场上一吨的价格在1万元左右。尽管聚乳酸属于较便宜的可生物降解材料,目前的成本也要3万元每吨。

当前,生产成本和限塑令的双重压力让市场上出现不少歪路子的伪可降解制品。李勇进说,伪可降解制品中70%左右是聚乙烯、聚丙烯等传统塑料原料,加入了30%左右的淀粉和一点光敏剂。制品废弃之后,在微生物、光等环境的作用下,淀粉虽然成功降解,但70%的聚乙烯仍然残留,而且会变成碎片,更难处理。

李勇进提醒,在日常生活中,分辨真伪可降解制品的一大要素就是可降解塑料制品标识,去年9月,中国轻工业联合会制定并发布了《可降解塑料制品的分类与标识规范指南》,其中规定了可降解塑料双j 字样的图形标识。

来自天然植物的

纳米纤维素

常见的一次性饭盒、一次性餐具、一次性塑料袋……在杭州市化工研究院的展览厅,这些可降解材料制品的外观看上去,和我们平日使用的传统塑料产品别无二致。

杭州市化工研究院院长姚献平如数家珍: 这些产品都是由淀粉衍生物和纳米纤维素相结合制成的。与其他只能部分降解的产品不同,它们在自然环境中6个月左右就可全部降解,彻底回归大自然,实现对环境的零污染。

姚献平介绍,他研究的纳米纤维素是具有一维尺寸小于100纳米的微细纤维,粗细只有头发丝的两万分之一。可别被它身轻体细的表面迷惑了,这种生物材料的重量仅为钢材重量的五分之一,但强度却是其5倍。它还具有与玻璃纤维类似的低热膨胀系数,应用范围十分广泛。

纳米纤维素的原料非常丰富,从理论上来说,所有植物的纤维素都能成为它的素材。姚献平说,纳米纤维素主要由树木、废木材、植物和废纸等天然生物质制成,由于其原始成分,该材料是可回收和可生物降解的。因此,纳米纤维素可以与淀粉衍生物、生物降解高分子材料等相结合用来开发全降解生物质新材料,替代难以降解、会对环境造成严重污染的一次性塑料。

实验发现,纳米纤维素天然无毒且具有优良的阻隔性能,可以用来制备食品用防油纸和一次性纸餐具。在它的包裹下,氧气和水蒸气进不去、出不来,在食品保鲜方面也能大放异彩。姚献平说。

此外,纳米纤维素还具有轻质高强、生物相容性好等特点。借助这些特性,可用于汽车、飞机等交通工具高强轻量化材料,还可作为化妆品营养物的导入材料以及生物医学材料。几年前,德国通过3D打印技术,利用木质纳米纤维素,制成了移植用的人造耳朵。这种人造耳朵可为先天性耳廓畸形儿童重建耳廓,使畸形耳朵得以补救,而且不会影响听力。

目前,姚献平团队在华南理工大学、杭州机电设计研究院等专家团队合作下,已建成国内首条100kg/d微纳米纤维素的中试线,已在纳米纤维素绿色、低成本、连续化制备关键技术上取得重大突破。

姚献平告诉记者,零水分的纳米纤维素,国际市场上每吨价格在100万元人民币以上,等中试线成熟、产业线大量投入以后,团队有信心将成本降到10万元以下。

现阶段全世界这项新材料的研究也是起步不久,造价成本高,市场能否接受还是一个问题,但是通过联合技术攻关,我们有信心赶上世界先进水平。姚献平满怀自信。

防治无处不在的

白色垃圾

近年来,科学家陆续在地球上人迹罕至的环境里发现了白色垃圾的痕迹。2019年,有探险家在马里亚纳海沟的底部10927米处巧遇塑料垃圾。这个人类能达到的地球最深处,也遭到了白色垃圾的入侵。

有学者认为,若干年后,海洋中的塑料垃圾可能会与海洋中的鱼类一样多。由于塑料垃圾无处不在,人类已难以在地球上找到不被污染的净土。

公开资料显示,全世界每年大约生产3.7亿吨塑料,相当于250万只蓝鲸的重量,其中90%以上的产品都没有回收利用。2020年由自然资源保护协会和北京石油化工学院发布的《中国塑料的环境足迹评估》指出,截至2019年,全国初级形态塑料产量累计已超过10亿吨,我国现已成为全球最大的塑料生产国与消费国。

与白色污染相比,微塑料的粒径范围从几微米到几毫米,是形状多样的非均匀塑料颗粒混合体,肉眼往往难以分辨,有学者曾形象地将它与PM2.5做类比。

目前,对微塑料污染的研究大多集中海洋环境中,发现在海底和一些深海海域有着高浓度的微塑料,同时也有越来越多的证据表明它们会对海洋物种的健康产生影响。

浙江工业大学材料科学与工程学院高分子材料研究所教授冯杰认为,广义的微塑料离我们并不远,从化纤织物磨损后掉落的碎屑、部分膏状化妆品添加物,到马路上轮胎的磨损,都可能含有或形成微塑料。微塑料危害程度要看具体尺寸和进入人体的途径,如果口腔不小心摄入微米级微塑料,因为颗粒较大,不能通过人体的小肠绒毛进入血液,它应该会被排出体外。但是,口腔摄入纳米级的微塑料就会产生潜在危害。纳米级甚至微米的微塑料能够进入呼吸系统,并可能在肺泡中产生残留,形成炎症,最终导致呼吸问题。

当前,禁塑已然成为社会热点问题,但是禁塑的目的不止于禁。

在李勇进看来,禁塑的目的在于教会人们如何使用塑料袋。他认为:都说人工合成的塑料是20世纪最重要也是最差的发明,但我认为它一定是最好的发明。如果能做到尽量少用、重复利用和可回收,‘白色污染’是可以避免的。

禁塑不是要让塑料制品离开我们的生活,而且避免用过即弃这样的使用习惯。浙江省塑料工程学会秘书长陈思表示,如今我省可降解材料的产能在逐渐上升,市场占有率也越来越高,大家还是非常乐意接受可降解材料的。

冯杰提醒:目前至少有5%-10%的塑料袋是没有回收的,如果使用传统塑料袋就会对环境造成不可逆影响,这是国家推广使用可生物降解塑料的主要原因。即使我们使用了可生物降解的塑料袋还是不能乱丢,要进行分类并回收处理。可降解塑料袋一旦进入水系,很难讲其降解过程不会对水生动物产生负面影响,这些都值得深入研究。(记者 林婧 见习记者 何冬健 俞碧寅)来源;浙江日报

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