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19世紀(jì)，塑料誕生了，這被稱為人類最偉大的發(fā)明之一。但由于白色污染越來越嚴(yán)重，塑料變成了“最糟糕”的發(fā)明。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球每年塑料廢棄物約3000萬噸，其中超過800萬噸的塑料垃圾被直接丟棄或從陸地通過河道、風(fēng)力最終進(jìn)入海洋，塑料污染對(duì)海洋環(huán)境造成的損害遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了人們的想象。
前不久，在深圳舉行的第一屆“率先杯”未來技術(shù)創(chuàng)新大賽決賽上，中科院理化所工程塑料國(guó)家工程研究中心的團(tuán)隊(duì)展示了一種海水中可降解材料，可以有效解決海洋塑料污染問題。該項(xiàng)目也是最終獲得優(yōu)勝獎(jiǎng)的30個(gè)項(xiàng)目之一。
從生物降解塑料得到啟發(fā)
塑料垃圾來自于何方?上班路上快餐店里順帶早餐的一個(gè)塑料袋，中午快遞小哥送來的一個(gè)包裹袋，又或者是洗澡時(shí)沐浴露里的塑料顆粒等等，在很多意想不到的地方，每個(gè)人都會(huì)制造出許多塑料垃圾。
為了解決白色污染的問題，中科院理化所工程塑料國(guó)家工程研究中心研發(fā)出了一種“生物降解塑料”，不僅讓塑料產(chǎn)品用起來得心應(yīng)手，使用之后還能“自動(dòng)消失”。
“生物降解塑料大都是含酯鍵的高分子材料，分子鏈相對(duì)‘脆弱’，因而可以被自然界許多微生物分解、消化，最終形成對(duì)環(huán)境無危害的二氧化碳和水。”
目前，已經(jīng)商品化的生物可降解塑料包含聚乳酸(PLA)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)及其共聚酯(PBAT)、聚己內(nèi)酯(PCL)和聚羥基烷酸酯(PHA)等。這些材料已經(jīng)成為公認(rèn)的、綠色的可完全生物降解材料，在一次性包裝、地膜、一次性餐具等眾多領(lǐng)域開始逐漸替代聚丙烯(PP)，聚乙烯(PE)等難降解、不降解塑料制品。
在解決陸地上的白色污染問題的同時(shí)，日趨嚴(yán)重的海洋塑料污染又引起了季君暉的注意。“2016年起，全球范圍對(duì)于海洋塑料污染的報(bào)道鋪天蓋地，因?yàn)槲覀兦捌谟泻芏嗌锟山到馑芰涎邪l(fā)經(jīng)驗(yàn)，我們立即產(chǎn)生了研發(fā)海水可降解材料的念頭。從材料角度，當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)外并沒有任何經(jīng)驗(yàn)可借鑒，但因?yàn)槲覀兪亲鼋到馑芰系?，我們覺得這個(gè)事情有義務(wù)去完成。”
技術(shù)創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)海洋降解
確定開發(fā)海水可降解材料的課題方向后，中科院理化所高級(jí)工程師王格俠開展了系統(tǒng)的研究工作。通過多次試驗(yàn)對(duì)比，他們發(fā)現(xiàn)，在土壤和堆肥中有良好生物降解性能的材料，在海水中的降解速率卻不盡如人意。
“我們本以為這是一件比較容易的事情，把生物降解材料稍微作一下改性，就可以適應(yīng)海洋環(huán)境了，但現(xiàn)實(shí)卻潑了一盆冷水。”
這究竟是怎么回事呢?經(jīng)過仔細(xì)研究，王格俠找到了答案。“聚酯材料堆肥過程是微生物作用下的酶促水解反應(yīng);而海水溫度低、特異性微生物種類少、數(shù)量少，很難具備生物降解的條件，因而大多數(shù)聚酯材料在海水中降解周期非常緩慢，甚至難以降解。”
海水中不同區(qū)域不同時(shí)期差異巨大，想要材料在可控的周期內(nèi)能夠完全降解，單純依靠生物降解過程是走不通的。我們面臨的難題是：既要解決現(xiàn)有材料海水中難降解、不降解的問題，還要根據(jù)不同應(yīng)用需求，使材料滿足一定的使用性能和環(huán)境適應(yīng)性。
經(jīng)過多次反復(fù)實(shí)驗(yàn)，王格俠和團(tuán)隊(duì)成員成功走出了這個(gè)困境。他們從分子設(shè)計(jì)和兩相合成出發(fā)，通過聚合物合成改性和共混改性兩種方式，向生物降解聚酯體系中引入非酶水解的基團(tuán)，實(shí)現(xiàn)了材料在海水中整體可控降解。
“現(xiàn)在我們研發(fā)出的海水可降解材料可以在數(shù)分鐘到幾百天內(nèi)不同周期實(shí)現(xiàn)崩解或降解，它的降解周期和降解方式可以根據(jù)不同應(yīng)用需求進(jìn)行調(diào)控，未來我們希望這種材料的降解模式能夠智能化。”
應(yīng)用市場(chǎng)前景廣闊
從1999年開始涉足降解塑料研究開始，經(jīng)過近20年的積累，工程塑料國(guó)家工程研究中心通過技術(shù)轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化，自主研發(fā)一步法PBS/PBAT聚合技術(shù)，已完成4家企業(yè)技術(shù)授權(quán)，其中3家順利投產(chǎn)，總產(chǎn)能7.5萬噸，占全球12.6萬噸的55%。
“在2008年北京奧運(yùn)會(huì)期間，為奧林匹克中心園區(qū)量身打造的可生物降解環(huán)保袋，如今已經(jīng)形成了相對(duì)比較成熟、穩(wěn)定的降解塑料產(chǎn)業(yè)鏈，這也為海水可降解材料產(chǎn)業(yè)化奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。”
未來海水可降解材料可以替代現(xiàn)有的一次性塑料制品，尤其在遠(yuǎn)航期間，可以有效解決塑料垃圾的處理問題，減少垃圾對(duì)海洋的污染。除此之外，特殊功能化的程序降解材料還能在信息安全、能源供給、水產(chǎn)養(yǎng)殖等領(lǐng)域大顯神通。
“從汽車改性塑料，到家電的抗菌材料研發(fā)，我們積累了眾多產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化的經(jīng)驗(yàn)。我們現(xiàn)在不僅有技術(shù)，還有生產(chǎn)線，未來海水可降解材料的產(chǎn)業(yè)化路徑前景良好。雖然短期內(nèi)生產(chǎn)成本會(huì)比普通塑料高，但是當(dāng)原料、工藝、生產(chǎn)規(guī)模達(dá)到一定水平后，成本一定會(huì)降下來。”
“限塑令”并不能從源頭上解決白色污染問題，而可降解塑料是從材料的源頭去解決根本性問題。“塑料污染防治是全社會(huì)受益的問題，不能只讓消費(fèi)者買單。我們希望政府和社會(huì)進(jìn)行責(zé)任擔(dān)當(dāng)。”
資料來源：中塑在線
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