自然界中的生物降解,依赖于特种材料和特种生物,其材料如纸、塑,以及化学物质等,其生物如真菌、细菌等。美国环境保护局(epa)根据astmo-1924-63标准,对塑料(含pe、ps、pet等)作混入曲霉属菌、青霉菌生物降解试验。该试验涉及聚合物主链内所附的脂肪族酯链,以及聚合物所具有的光敏特性等,作加速生物降解试验。在塑料树脂中添加各种稳定剂、增塑剂、润滑剂、抗氧剂,以及添加各种填料和淀粉(多糖分子、蛋白质分子),以及各种新陈代谢活性剂(氨、酸、生物聚合物、极性和非极性溶剂等)。经试验证实:这将促进微生物的生长和繁殖,加速塑料的生物降解效应。
生物降解塑料需保持塑料特性,即使用中的稳定性、各种应用性、易处理性、以及经济性;在降解方面利用生物系统使塑科分子链的主要成分发生断裂。(即利用光、生物、或化学作用,以及利用添加剂促使降解)。
国外再生塑制品中使用量较大的有pe牛奶包装容器、pet瓶以及其它各种塑料包装容器。但塑制尿布、妇女卫生用品、医学用品(如外科用的褶皱状挡避帷帘、裹包品,以及面罩等制品)等均不再作再生使用。一些属于木浆制品的婴儿尿布,虽本身是降解材料,但由于内衬采用pp,外表面也用pp,如再生使用,需采用分离技术和清洗,在成本核算方面不经济。
一、聚合物的降解主要:
1.由淀粉降解聚合物
以细菌酶分解在pe聚含物链中的淀粉链,使聚合物链断裂成小单元,从而促使pe的整个机械强度下降而迅速降解。
2.由细菌产生的微生物降解聚合物
利用细菌的糖化酶发酵,对线性聚酯类产品(phbv聚合物)进行降解,由土壤和污泥塘内的细菌降解塑制品。
美国k.e协会、新泽西州技术研究所lawrence swanson博士、纽约州suny byookhaven博士探索研究、开发出了在pp、pe内添加淀粉、添加剂,可在软泥浆、海水内降解废塑料的技术。
德国从南美belland公司引进了可在水中、液体中生物降解的pp、pe塑料。
国外专家们普遍认为:在富有氧气和湿度的环境下,可促使生物快速降解塑料,如由厌氧菌进行降解,但将产生甲烷气体。
二、当前国外生产生物降解塑制品概况
大量垃圾袋在充填陆地过程中,能达到快速生物降解。在pe、pp膜中添加有机金属体复合的多层塑制农用膜,可获得快速降解效果。
ici公司采用自然细菌生产生物降解包装香波的塑料瓶,该细菌能转换大量葡萄糖入香波瓶,在有好氧菌的条件下,与水、二氧化碳、腐败土壤接触,通过自然细菌、真菌,可对塑料瓶、塑料薄膜进行生物降解。该公司称该类可降解塑料为phbv,该塑料在未生物降解前,具有耐用,稳定、抗水等性能。
大量近代生物降解塑料,均由warner-lambert公司开发,系采用土豆淀粉,大米淀粉,小麦淀粉加制,并由morris plains nj医药公司采取以压力加湿、加热、压制淀粉形成韧性基质,和塑料一起采取模制和挤制各种塑料制品。
目前市场上所提供的商业品生物降解塑料,是采用土豆或乳酪中的葡萄糖酵素,所构成的带细菌乳酸,作为生物降解塑料结构,该结构和单纯利用谷类淀粉不同,是利用其媒介质降解塑料。
在塑料中添加15%谷类淀粉聚合物,亦可降解塑料,此种方法是利用细菌噬食谷类淀粉的同时吞吃残塑。但塑料虽断裂成极小微粒,仍能抗降解多年,而adm公司所生产的谷类淀粉添加剂,可快速生物降解塑料薄膜袋,以及各种塑料袋,该生物降解的特点是:使聚合物长链断裂成小片,充填陆地。adm公司近年来一直致力于不断开发新的降解塑料。
据报导:国外利用生物降解塑料比例,已从40%提高到60%以上。
常用生物降解的谷类淀粉基团为50~52μm的椭圆形土豆淀粉、36.4μm的小麦淀粉、25μm的芋淀粉和藕淀粉、14.2的玉米淀粉、5~5.6μm的大米淀粉,以及木薯淀粉等。
在聚合物中添加淀粉的混合料,简称为spe料。热塑性塑料的比重、一般为0.924~1.450,而淀粉的比重一般为1.5。当在50μm厚的pe薄膜中混入30%的大米淀粉,在保持一定的环境温度下,可促使微生物侵入。在ldoe塑料中混入60%淀粉或50%淀粉,需搅拌4min,鉴于ldpe吹膜对淀粉混料极为敏感,故一般取20%混料,如短时使用,也可添加50%淀粉,对ldpe的模制吹瓶,可混入50%淀粉,而ldpe编织带可混入10%淀粉,如采用φ120mm大型螺杆挤塑机,其模头温度为280-300℃,压缩比为4∶1,圆筒温度为190℃,同时采取冷气流降温,50μm的ldpe吹膜混料淀料为30%,ldpe模压制品混入30%玉米淀粉,ldpe压制板材混料淀料为30%。
pp聚合物一般可混入50%淀粉,pp带混入15%淀粉(约6∶1),聚氨酯弹性体混入40%淀粉,pp编织带,模制品混料大米淀粉(其挤塑温度为230℃)。
经证实的国外报道:如将塑料板材埋入堆肥(深度为10cm、60cm、100cm,根据具体情况选用深度,角度为45°),历经7个月可被真菌和细菌的降解;如清洁堆肥,则10cm板材表面层,在温度为52℃以下时,六个星期可被真菌和细菌所降解。如将塑料板材埋入土壤(埋深40cm),则历时4个月可被真菌和细菌所降解,混入40%淀粉的1mm厚聚氨酯弹性板材,埋入室外花园肥土(埋深5~10cm)历时两星期在板材上将群集真菌和细菌,经四星期将快速降解。
加入0.5%浓度的葡萄糖混液,可使塑料箱出现脱色、小孔、脆化,被黑色孢子所降解。加入0.1~0.5%浓度的葡萄糖混液,可使pvc塑料制品脱色、软化,被黑孢子所降解。pe膜废弃物埋入黑色土壤中,将被厌氧功所降解,但厌氧菌将产生硫化氢(h2s)污染源,pe废塑料瓶埋入土壤深4.6m,如利用厌氧菌降解将达长4~7年,如埋入的废塑料薄膜被好氧菌降解,则将为3~5年时间。
如利用具有吸氧功能和新陈代谢作用的活性剂、酯类,可改变塑料性能,使塑料失重,加速生物降解。
另外,在塑料中加入添加剂将进一步加速生物降解。
三、国外生物降解塑料薄膜种类
一般为5种:1)采用天然高分子加制膜;2)采取以微生物产生的高分子加制膜;3)采用生物高分子加制膜;4)由添加生物降解性物质加制膜;5)采取以土壤中微生物所产生的降解性物质加制的膜,以及利用土壤中的细菌可进行生物降解的膜。专家们认为:当代各国所开发的生物降解膜均属此范畴。
(张剑萍编译)
