刚做了关于生物降解塑料袋的课题。
首先,来看你的问题,我国禁了,美国没禁,这个描述是错误的,现阶段可降解塑料袋是不能被推广的。你所说的应该是“不可回收”的塑料袋。关于可降解塑料袋,美国有最新出台的法规限制其推广。为什么?市面上卖的可降解塑料袋并不真的“可降解”,一种物质要被称为可降解是有一定条件的,最重要的一点就是时间,举个例子,一块岩石,我也可以称它为可降解的物质,只不过它的降解可能持续几万年。对于市面上可降解塑料袋来讲,它们通常经过2-5年的降解期,降解率也只能达到40%-60%,事实上国际组织已经针对可降解塑料袋提出了一些标准。国外属于可降解塑料袋泛滥的情况,而且大多数标注“100%可降解”,这不是欺骗消费者吗!这种事情怎能容忍!于是美国最近几年才出台法律限制厂商为自己的产品标注可降解字样。但是,真正让世界各国政府对可降解塑料袋去而远之的还有更深层的原因,要讨论这个问题,还得从头说起。
这个事情是这样的,人们在发现塑料袋积攒成多无法处理时,想到了两种解决方案,一种是回收利用,这也是市面上几乎所有聚乙烯塑料袋的处理方式,聚氯乙烯塑料袋用量少,就不讲了,不能用来回收。聚乙烯塑料袋用过之后会被拉伸,提高分子取向,使塑料袋刚度增加,韧性变小,换句话说,塑料袋变脆了,而且这种变化是不可逆的。所以可回收塑料袋是不能100%回收利用的,必须要和新的聚乙烯混合,具体就是切成碎片和聚乙烯颗粒混在一起热熔。这种塑料袋质量会比全部用新的聚乙烯材料制成的塑料袋稍低,但还是很好用的,这也是应用最广泛的解决方案。一般可回收塑料袋中回收部分所占比例在50%以下。
但是,这个方案有个缺陷,既然不能百分之百回收,那塑料袋的总量不还是上升的嘛!于是有科学家在上世纪七十年代就想到,我们来做可降解的塑料袋吧!你看你不用了就直接埋在土里,几个月就消失了,多好!岂不是完美解决塑料袋问题!可是事情并不是这么乐观。科学家在采用一个方案之前,尤其是塑料袋这种用量极其广泛的产品,一定要先了解它是否会对环境带来一些危害。你一定在想,这有什么危害啊,聚乙烯嘛,我懂,碳和氢,完全绿色无公害啊!
从理论上讲,如果可降解塑料袋终产物是二氧化碳和水,那也挺好,但是土壤环境比实验室复杂得多,长链变短链,短链变分子的过程是需要微生物参与的,恰恰是这些微生物,在消化聚乙烯时并未完全分解,产生很多甲烷,甲烷是什么?臭名昭著的温室气体啊。
另外一个方面,前文提到可降解塑料袋降解率为40%-60%,其实降解到这个程度,剩余的碎片已经肉眼不可见了,但它还是确确实实存在于土壤当中的,降解过程中,由于氧化这些碎片会产生很多亲水基团比如羟基,醛基,羰基等等,这些集团很容易吸附土壤中的有毒物质,然后随着水循环将有毒物质传播至其他生态环境中去。日本的科学家就在其海岸发现了富含毒性物质的聚乙烯碎片。
另外,有人担心添加剂带来的影响。一般为了提高降解速率,一些含过渡金属元素的化合物会被加入到可降解塑料袋中,虽然量少到几乎用常规仪器(XPS和SEM/EDXA)检测不出来,但还是有人想到重金属元素在土壤中的积累会导致生态环境恶化。不过,这次是多虑了,有科学家做过长时间调查,发现这些添加剂中的金属元素会随着物质循环被稀释,永远不可能达到有害浓度。
基于以上几点,可降解塑料袋还不能大范围推广。但在我国这种地方,估计也没什么人去研究可降解塑料袋的危害。私以为,我国向来是见好就上,忽视对环境的影响,先污染后治理的老路走了多少遍都没有改。我国可降解塑料袋的推广是不会因为以上原因而放缓的。
这个问题就是这样咯!手机党没法把以上各个观点的出处列出来,但都存在电脑里,有机会再更。不对之处请知友斧正!
——————————24.05.2014更
有知友问是否有可替代的可降解材料入加入淀粉类。
国内关于可降解塑料袋多是从加入一定比例的淀粉入手的。淀粉是比较容易降解的材料。一般对于可降解塑料袋而言,淀粉加入量不超过30%,其他可降解塑料制品,可以做成聚乙烯/聚乳酸/淀粉等高分子材料的共混物,淀粉含量可以达到60%,也有全淀粉塑料,可实现100%降解,但还未有实际应用。
一位匿名知友提到了,我国可降解塑料袋很长时间以来没有重大进展。主要问题有两个,一个是生产层面,淀粉要想做成一定形状(比如塑料袋是薄膜状),是需要通过热熔来实现的,但是淀粉含羟基较多,分子间氢键作用很大,导致其熔化温度比分解温度还要高,也就是说在热熔成型之前淀粉已经降解了。怎样通过削弱氢键作用使成型温度降至分解温度以下,是技术的难点所在,也是成本控制的一大难题。第二点是质量层面,聚乙烯拉伸强度普遍在20MPa以上,我们实验用的聚乙烯塑料袋(不含淀粉)约为24MPa,而对于玉米淀粉,即使加入总质量25%的塑化剂(不加入塑化剂的淀粉很脆),拉伸强度也只能接近10MPa,所以加入玉米淀粉的塑料袋性能会有比较大的削弱。而且真实环境中,添加玉米淀粉的塑料袋中,淀粉在初期很快分解,还是会留下大量聚乙烯碎片,没有从根本上解决聚乙烯降解的问题。
综上,淀粉可降解塑料袋,想法是好的,实现却很难。也许这条路本身就是走不通的,不过这也是一个科研工作者所必须面对的,科研工作本身就是在对和错之间进行不断的摸索。
关于这一点,我们一位老师有一句话我很赞同——你的实验结果,即便没有应用价值,也不是没有意义的,至少它阻止了别人去犯同样的错误。
大概这就是“传承”对于科研的意义。