随着全球环保意识的日益增强,生物降解塑料作为一种环境友好、可持续的替代品,正受到越来越多的关注。然而,尽管生物降解塑料具有诸多优点,但它们也并非完全没有生态风险。本文将深入探讨这些潜在的生态风险,并提出相应的应对策略。
作为传统塑料的替代品,生物降解塑料指在自然界中依靠微生物(如细菌、霉菌和藻类等)的生命活动就能降解的塑料,包括聚乳酸、聚羟基烷酸酯等多个种类。生物降解塑料经降解后会成为碳素循环的一部分。
生物降解塑料可完全分解为水和二氧化碳,对环境友好。其次,它们可以减少对传统石化资源的依赖,降低能源消耗和碳排放。此外,生物降解塑料还具有与传统塑料相似的性能,使得它们在许多应用领域成为石化塑料的可行替代品。
然而,若不具备合适的场景条件,生物降解塑料就发挥不了“绿色”特性,仍会对生态环境造成污染。因此,生物降解塑料对生态系统的潜在影响值得进一步研究。聚乳酸(PLA)是目前全球工业规模产量最高、消耗最多的可生物降解塑料。
与传统难降解塑料产品有所不同,PLA不具有持久性,因而不会对生态系统产生长远的影响,被认为是传统石油基塑料理想的替代品。在自然环境条件下可生物降解的塑料在经过生化、物化等过程后",其聚合物结构会受损并发生破裂和降解。并且,PLA对光氧化降解的响应明显高于传统石油基塑料,从而更易在短时间内形成微塑料。
尽管已有研究表明,与传统难降解微塑料相比,PLA微塑料毒性更低,但也有研究发现,PLA微塑料污染问题似乎更严重,即可降解微塑料产生的生物毒性效应可能不低于传统难降解微塑料。目前有研究表明,只有在优化的堆肥条件下PLA才能完全被降解,在自然的水、土条件下不会完全降解,这意味着PLA可能会比常规的难降解塑料分解速度更快,产生的微塑料更多,并在环境中持续积累。
Bagheri等通过室内模拟PLA在海水和淡水中的降解情况,发现PLA薄膜的降解速率始终很慢,且在一年内并未完全降解。同样地,有研究发现在有氧条件下堆肥90天后,仍有40%的PLA残留物。如果在自然环境中PLA塑料垃圾无法得到完全降解,那么PLA微塑料的持续释放会对环境造成更严重的PLA微塑料污染。
聚乳酸是一种新型的生物基可降解材料,以可再生植物资源(如:玉米,秸秆)为原料,经糖化、发酵、聚合而成的高分子聚合物。农作物中的淀粉、纤维素、半纤维素等多糖经各种生物酶的作用分解为葡萄糖等单糖;然后通过生物发酵技术,利用微生物(例如乳酸菌)发酵,代谢出乳酸,经提纯处理后,制得高纯度L-乳酸;再利用化工合成技术,将高纯度L-乳酸聚合成高分子量聚乳酸。
PLA的起源可以追溯到1932年,当时杜邦(Dupont)的科学家WallaceCarothers在真空中尝试将乳酸聚合,但由于产物分子量小且成本高昂,这一技术未能商业化。直到1987年,食品公司Cargill开始探索新的PLA生产方法,并于2001年与陶氏(Dow)合资成立NatureWorks,进行商业化生产聚乳酸,PLA开始逐步进入我们生活中的方方面面。
中国的聚乳酸行业起步较晚,2020年,国家发展改革委、生态环境部联合发布,《关于进一步加强塑料污染治理的意见》,引爆生物降解材料市场,PLA才逐渐为公众所知。
近年来,随着人们环保意识的不断提高和各地限塑、禁塑政策的推行,生物基可降解材料行业也在不断地发展,其中聚乳酸(PLA)的研究以及下游应用的扩展也备受瞩目,日益成为应用开发最全,使用性能最好,最具应用前景的生物基可降解材料之一。
关于在环保政策不断加强,各类生物基可降解材料层出不穷、群雄逐鹿的背景下,PLA为何能够频繁出圈的问题,小编认为可能有如下5个方面的原因。
1、良好的加工性能
聚乳酸具有良好的加工性能,应用范围广,可以与传统石油基塑料一样,经挤出、拉伸、吹塑、吸塑、吹膜、淋膜、发泡、纺丝等各种工艺处理制备成不同的制品,加工温度较低,且在加工过程中不需要添加任何助剂,生产成本也低。
2、优秀的可降解性
PLA在常温下较稳定,但在稍高的温度环境、酸碱环境、微生物环境中容易迅速降解成CO2和水。因此可以通过控制环境和填料使PLA制品在有效期内能够安全使用,废弃后又能及时降解。
3、安全的生物相容性
PLA的合成单体L-乳酸是生物体(包括人)代谢途径中常见的一种化学物质,生物体内也含有能够代谢L-乳酸的酶,因此PLA具有极高的生物安全性,也有研究人员做过PLA动物体植入试验,研究表明,PLA对动物体无毒性作用,且能够在生物体内完成降解。
4、环保的绿色低碳材料
PLA的原料来自光合作用产生的可再生淀粉类原料(玉米、木薯、甘蔗等),可以实现“种植固碳一发酵排碳一生产排碳一分解排碳”的自闭环系统,能够大幅减少当前石油路线生产塑料的碳排放。因此,在全球“碳战略”的背景下,PLA相对于以传统石化原料生产的树脂具有“碳优势”。
5、广泛的应用领域
基于以上优势,聚乳酸在多个领域中展现了其独特的特色应用,且这一趋势仍在不断被挖掘中。
注塑方面:注塑类餐具多用于耐用性消费品,PLA通过改性后产品耐温能达到100℃以上,因此聚乳酸可以通过注塑生产各类塑料制品,比较常见的像儿童餐具等。
片材吸塑方面:高透明片材类制品,原料以聚乳酸为主,耐温性较差,一般在55℃左右;非透明片材类制品,原料需通过改性,实现高耐温性,一般在100℃以上。
纤维方面:聚乳酸是新型的聚酯类材料,具有环保、无毒、可降解;抑菌、抗螨、防过敏;亲肤、难燃、不回潮,以及抗紫外线等优越性能。聚乳酸织物尺寸稳定性好,有棉的舒适、粘胶的悬垂、涤纶的强度和真丝的手感,广泛应用于服饰、家纺、卫材等领域,是目前最具发展前景的“绿色纤维”。
发泡方面:PLA发泡分为挤出发泡和珠粒发泡:餐饮包装(餐盒、隔热杯、泡面碗,其产品具有保温、隔热的特点);冷链保温包装(用于冷链运输、外卖保温配送等,能生产可折叠纸箱,保温效果好);奢侈品、酒类等的内部缓冲包装(产品支撑性好,比一般PET吸塑、卡纸、植物纤维模压的产品缓冲防护效果好,而且包装更轻,可以整体降低产品重量,从而节约成本);商超包装(聚乳酸发泡产品在商超生鲜包装方面用途也比较广泛,比如做肉类托盘,可以急冻、微波解冻、能吸水等;对于易碎产品还有很好的保护性能)。
膜类方面:膜袋料与PBAT共混(购物袋、垃圾袋等),添加比例5%—30%,添加比例越高的话,机械加工性能越稳定;膜袋克重越低,成本越低;膜袋光泽度、手感越好,强度更强;产品货架期更长。
双向拉伸模:通过原料及工艺的调整和控制,实现单向或双向拉伸,以及热切封合功能,产品有优异的透明性,具有极佳的展示性,广泛应用于饮料瓶标、食品包装、罐体包装及电子产品等;同时也是可降解胶带,烟膜的优质原料。
此外,聚乳酸还可以开发生产聚乳酸多元醇,作为聚氨酯的原料。
总之,聚乳酸PLA的环保属性与当今的环保意识相得益彰,未来,随着技术的进一步革新和环保意识的不断提高,聚乳酸PLA前景无限。
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