全降解塑料产业化进程加快    我国有望率先告别“白色污染”
□  张瑞和
“白色污染”引起的环境恶化
受到全世界的关注
　　据有关资料报道，2003年我国合成树脂表观消费量高达3409.24
万t，以此为原料，再加上20%的加工助剂及辅助材料，我国塑料制品
的产量在4000万t以上，仅包装用塑料薄膜的产量就高达850万t，
用途渗透到国民经济和人民生活的各个领域，和钢铁、木材、水泥并
列为四大支柱材料。随着一次性塑料制品用量的不断增长，塑料垃圾
产生量每年高达400万t，对环境带来的负面影响日益加重。塑料大
多性能稳定，在自然界中不易受各种环境因素的作用而迅速降解。由
于塑料是一种很难处理的生活垃圾，它混入土壤能够影响作物吸收水
分和养分，导致农作物减产；填埋起来，占用土地并且百年不烂。由
大量一次性塑料制品如农膜、发泡材料、垃圾袋、购物袋、水泥包装
材料、一次性医疗卫生材料、一次性餐饮具、一次性手套、工艺品等
废弃塑料引起的“白色垃圾”问题已成为“百年难题”。
　　但从消费终端治理“白色污染”收效甚微，我国每年生产出的4000
万t塑料制品报废后，除少量被焚烧处理外，绝大部分最终作为塑料
垃圾进入环境中，因此，标本兼治是解决问题的最好办法。专家认为，
一方面应及时有效地处理既生垃圾，一方面用能降解、易降解的制品
代替塑料。为解决这个问题，高效降解塑料的研究开发已成为塑料界、
包装界的重要课题，而且成为全球热点。

我国淀粉基降解塑料产业
现状不容乐观
　　90年代初，我国引进了13条可降解塑料生产线，建成此类塑料
制品生产厂100多家，可降解塑料产业迅速形成。所引进的生产线是
国外80年代盛行，90年代被淘汰的“填充型淀粉塑料”，即“可降解
塑料”生产线，现已全部停产。此后，国内自行研制的可降解塑料生
产线也绝大多数是此类填充淀粉型生产线，淀粉含量一般在7%～20%，
主要原料仍是非降解的PE、PP、PVC、PS等树脂。目前我国有可降解
塑料生产企业100多家，总产能10万t/a。
    我国降解塑料研究以常规塑料改性为主，即在不破坏塑料原有功
能的基础上，添加某些功能助剂，通过共混或共聚技术，增加降解功
能。此类降解塑料与常规塑料对产品的要求是相互矛盾的。常规塑料
添加抗氧剂、防老剂、热稳定剂、抗紫外线助剂等以提高塑料的耐用
性和稳定性，而在常规塑料中添加的降解剂则希望尽快降解，加上各
生产厂家的设备条件不一，生产分散，各地生产的降解母料质量参差
不齐，使现有的降解塑料质量很难保证。
　　根据中国环科院固废所长期检测的经验，淀粉基降解塑料中应含
有20%以上的淀粉才能通过降解率﹥10%的光-生物降解塑料的生物降
解指标，若要达到降解率﹥15%的生物降解指标，则塑料中应含有30%
以上淀粉。目前国内能在塑料薄膜中添加20%甚至30%淀粉的企业并不
多，送到检测中心去测试的大部分样品要么太厚根本不能在市场上销
售，要么象海绵一撕就裂，这种薄膜没有实际应用价值。目前很少有
样品能同时通过生物降解性能和力学性能的同步检测。
　　科学家证明，填充型淀粉塑料对治理“白色污染”意义不大，美
国、欧洲、日本、韩国等一些发达国家不再提倡生产和使用此类降解
塑料一次性用品。我国一些专家称，淀粉基降解塑料对环境危害更严
重，上海市环保产业协会副会长郑华兴先生在2004年7月2日～4日
“2004健康产业与生命科学高层论坛”上，对降解塑料予以否定。郑
先生说，目前上海市场上的光降解或生物降解塑料饭盒，不能降解成
二氧化碳和水。降解后的塑料碎片与土壤相结合，使土壤的微生物减
少，造成土壤板结、沙化、农作物减产。降解塑料实际上只是使塑料
提前老化或碎裂化，只是减少了视觉污染，这类餐具将严重影响消费
者的身体健康。用降解塑料餐具消除“白色污染”，其结果则是白色污
染问题不仅没有解决，反而使废弃塑料的回收更加困难了。6月，北
京环保餐具联合组织对北京一次性塑料餐具市场进行了质量抽查活
动，抽查结果令人震惊——产品100%不合格。2004年10月25日北京
电视台晨间资讯报道，因目前市场上销售的环保型餐盒存在安全隐患
且对治理“白色污染”效果不明显，专家建议重新使用传统的发泡聚
苯乙烯餐盒。
　　目前降解塑料由企业生产、政府推广，“白色污染”引起的环境恶
化已受到各级政府的关注，许多省市根据属地管理原则制定出控制“白
色污染”的地方法规，严格控制生产、销售和使用一次性不可降解的
发泡塑料餐具、塑料袋、农用薄膜等塑料制品。由于常规塑料改性制
成的降解塑料本身存在的固有缺陷加之市场的不规范，使各省市的降
解塑料应用推广工作受阻，市场认可程度也不高，目前大多数降解塑
料企业生产任务不足，有的甚至处于半停产状态，步履维艰。

我国二氧化碳基聚合物
R&D工作居世界前列
　　20世纪90年代以后，发达国家转向研制真正可生物全降解塑料。
全降解塑料主要有两类：一类是化学或生物合成降解塑料，如聚碳酸
等光降解塑料、聚乳酸、PHB等生物降解塑料，这些塑料成本高，只
能作医药包装材料等高价格制品，不能替代大量使用的普通塑料。第
二类是以天然产物为主要原料的生物降解塑料，全淀粉塑料是其中较
成功的一种。意大利Ferizz公司首先推出全淀粉热塑性塑料，声称淀
粉含量在90%以上，其余所加的助剂均是可降解的，故能保证材料100%
降解。之后，美国的Waner-Lanber公司和日本的住友商事公司也宣布
研制成功。
　　二氧化碳基聚合物是一类全降解塑料材料，美国、韩国、日本、
俄罗斯和我国台湾省的科学家在该领域进行了大量的R&D工作。我国
自20世纪80年代后期起,中科院广州化学所、浙江大学、兰州大学、
中科院长春应化所相继开展了二氧化碳固定为可降解塑料的研究。在
二氧化碳共聚物中所用催化剂的筛选和合成、二元加成共聚、三元加
成共聚、调节共聚、共聚物性质表征和改良以及开拓用途方面进行了
艰辛的探索性研究，并取得可喜的进展。2001年中科院长春应化所着
手进行二氧化碳的固定及其利用的工业化研发工作，与蒙西高新技术
集团公司合作，经过3年攻关，建成了世界上第1条3000 t/a“二氧
化碳基全降解塑料母粒”生产线，2004年2月17日通过中国科学院
高技术研究与发展局组织的专家验收。这是目前国际上投入运行的规
模最大的二氧化碳共聚物的生产线，也是国内正式运行的唯一的一条
生产线，标志着我国二氧化碳基聚合物研发水平和生产能力已跻身世
界前列。该生产线具有连续性好、全封闭程度高、安全可靠等特点。
目前该生产线所生产的二氧化碳基塑料除销给国内用户外，还远销到
日本国际兴业等2家国外用户。
　　长春应化所发挥技术源头优势，积极开发下游产品。目前，已协
助威海赛绿特科技发展有限责任公司建立了医用二氧化碳塑料加工平
台；协助宁波天安生物股份公司建立了全生物降解材料在一次性餐具、
食品包装等方面的加工平台，推进了该成果的工业化和市场化进程。
    2004年7月，中油吉林油田集团公司决定采用中科院长春应化所
技术建设一条5万t/a二氧化碳基聚合物生产线，该项目落户吉林省
农安县万金塔镇。目前一期工程已投入1000万元。达产后，预计年产
值在5亿元左右。最近,中国海洋石油总公司也正在与中科院长春应化
所洽谈,计划在海南建立万吨级生产线。
    中科院广州化学有限公司也开展了二氧化碳共聚反应的研究工
作，并建立了500L中试规模聚合反应示范生产装置，完成了间歇聚合
工艺。该项目于6月21日通过了由中国科学院高技术研究与发展局组
织的专家验收。目前，该项目的中试成果已经转让给广州广重企业集
团有限公司，共同进行二氧化碳可降解塑料5000 t/a工业化试验项目。
　　长春应化所计划在解决万吨级生产线关键技术后建设更大规模的
生产装置，最终形成百万吨的生产能力。随着科技进步和装置规模的
扩大，二氧化碳基聚合物的供应量将显著提高，生产成本将降低到通
用塑料的水平，届时我国将普遍采用这种包装材料，有望在全球范围
内率先告别“白色污染”。
　　根据蒙西高新技术集团公司提供的技术数据，目前已批量生产的
二氧化碳基塑料母粒主要有二氧化碳/环氧丙烷共聚物、二氧化碳/环
氧丙烷/环氧乙烷三元共聚物、二氧化碳/环氧丙烷/环氧环己烷三元共
聚物等3个品种，外观均为淡黄色或无色透明粒子，二氧化碳单元含
量为31%～50%（wt）,在强制性堆肥条件下，5～60天内完全分解。
　　二氧化碳基聚合物主链上含有亚烷基、醚键和碳酸酯键，末端是
羟基，故具有柔性，分子间也产生一定的作用力，可赋予二氧化碳共
聚物材料一定的机械强度。这些结构基团使共聚物易溶于许多溶剂中，
并较易发生水解，受环氧化合物影响较大，其端羟基在高温或催化剂
影响下，能与适当距离内的酯键发生醇解反应，引起主链降解，降低
热稳定性，并使之具较好的生物相容性和降解性。
　　另外，不同分子量的环氧化合物单体直接影响共聚物侧基的大小，
从而影响主链的刚度，使二氧化碳基聚合物有不同的玻璃化温度（Tg）。
如二氧化碳与环氧乙烷的共聚物（PEC）Tg为0～5℃；与环氧丙烷的
共聚物（PPC）Tg为15～40℃；与环氧丁烷的共聚物（PBC）Tg为60
℃。
    二氧化碳基聚合物的性质决定，其分子链比较柔顺、玻璃化转变
温度不高、材料透气性低、生物相容性和降解性好。对二氧化碳基聚
合物的种种特性，有的可以直接利用，有的需经过限制或改性。二氧
化碳基聚合物的应用领域相当宽广，作为可降解塑料，可以采用普通
塑料工艺与设备进行加工。此外，还可以用作聚氨酯和不饱和聚酯的
原料、阻氧材料、夹层玻璃胶粘剂、热熔胶和陶瓷合金材料烧结合剂、
铸造材料、无机填料的表面处理剂、脆性材料的增塑、增韧剂和加工
助剂、橡胶弹性体补强剂等。

二氧化碳基聚合物
是性能优良的环境友好材料
　　2004年4月30日国家发改委、科学技术部、商务部联合发布2004
年第26号公告《当前优先发展的高技术产业化重点领域指南（2004
年度）》提出了当前应优先发展10个方面的134项高技术产业化重点
领域，环境友好材料名列其中。环境友好材料是在原料采集、产品制
造、使用或者再生循环利用以及废料处理等环节中对地球环境负荷最
小和对人类身体健康无害的材料，具有资源和能源消耗少、对生态和
环境污染小、再生利用率高的特点。二氧化碳基聚合物从制造、使用、
废弃直到再生循环利用的整个寿命过程，全方位对环境友好。
　　●以工业废弃物二氧化碳为生产原料
　　二氧化碳基聚合物是利用工业排放的二氧化碳废气为原料，据科
学监测，当前二氧化碳排放量大于吸收量。据统计，目前全世界每年
因燃烧化石燃料及水泥厂、炼油厂、发酵等生产过程产生的二氧化碳
超过240亿t，其中150亿t被植物吸收，每年净增90亿t，由此导
致大气中二氧化碳的浓度每年增加1ppm，造成了日益严重的温室效
应，对人类生存空间造成严重的危害。以二氧化碳为主的温室效应引
发的厄尔尼诺、拉尼娜等全球气候异常，以及由此引发的世界粮食减
产、沙漠化现象等，已引起世界关注。随着工业的迅速发展，今后二
氧化碳的浓度还将不断增加，温室效应将会进一步加剧，为此攻克“碳”
问题已成为国际科技前沿课题。联合国《21世纪科学发展》、国际地
圈、生物圈研究计划均将“碳”问题列为首要课题；美国基金会已把
“碳”问题作为21世纪前10年最重要的科学领域；日本在20世纪末
曾把“碳”问题列入地球资源再生计划，其中“二氧化碳固定化高效
利用技术”为该计划的首要任务。二氧化碳基聚合物作为二氧化碳高
效固定为生物降解塑料的科技成果，既可变废为宝、节约资源、有效
利用资源、其产品又可用来替代传统塑料，避免环境污染，具有双重
环保及符合可持续发展的实际意义。
　　●能源消耗少
　　聚乙烯、聚丙烯等聚合物是以烃为原料聚合而成，二氧化碳基聚
合物则是以烃和二氧化碳为原料共聚而成，其中二氧化碳含量占50%
左右，与生产常规聚合物相比，对能源材料烃的消耗减少了近50%。
　　●不造成环境污染
　　二氧化碳基聚合物使用后产生的塑料废弃物，可以通过回收利用、
焚烧和填埋等多种方式处理，均不会造成环境污染。废弃的二氧化碳
基聚合物可以向普通塑料那样回收后进行再利用；进行焚烧处理时只
生成二氧化碳和水，不产生烟雾，因此不会造成二次污染；进行填埋
处理时，可在数个月内完全降解。
　　●生产成本低
　　从工业废气中回收的二氧化碳成本很低，只有300元/t左右，以
二氧化碳为聚合单体生产的二氧化碳基聚合物，可大幅度降低生产成
本。据中科院长春应化所介绍，蒙西的工业实验装置生产的二氧化碳
基塑料母粒的市场售价为2万元/t左右，只比普通塑料母粒的售价高
出1倍，并称，如果生产规模进一步放大，二氧化碳基聚合物的生产
成本应不高于常规聚合物。
　　综上所述，从资源利用、技术、经济、市场、环保等方面综合考
核，二氧化碳基聚合物性价比高，在生物降解塑料市场中将具有较好
的竞争力，市场前景广阔。

加快全降解塑料
产业化进程的建议
　　1． 继续加大R&D投入
　　我国目前所开展的二氧化碳基聚合物R&D工作已初见成效，所生
成的聚合物已初步具备了某些应用价值，但作为一类全新的聚合物体
系，无论是机理研究还是应用研究都处于起步阶段。如二氧化碳和环
氧化物聚合时，催化剂的活性偏低、消耗偏高、生成的二氧化碳共聚
物也存在使用温度范围偏窄等问题。在已开展的研究领域，还存在通
过对催化剂设计及优化的研究；存在进一步提高稀土三元催化剂的催
化活性、提高催化效率、降低催化剂消耗等一系列研究课题。此外，
在进一步提高聚合度以获得高分子量、超高分子量聚合物；聚合物分
子量的窄分布；与其他单体反应的聚合机理研究；催化剂体系的设计
与筛选等研究课题还有待一一加以解决。在应用研究领域也存在通过
与第三单体进行多元共聚或共混使二氧化碳基塑料使用温度范围拓
宽；通过对二氧化碳共聚物的流变学研究,选择合适的填充剂、增强剂
和增塑剂,解决二氧化碳共聚物低温增韧和高温增强等问题。从全球
看，科技进步日新月异，在二氧化碳基聚合物领域，目前我国是处于
国际领先地位，但如果我国不继续加大在该领域的R&D投入，则很难
长久保住领先优势。
　　2． 组建全降解塑料产业化梦之队
　　我国在二氧化碳基聚合物的聚合机理和催化剂体系设计领域获得
突破性进展后，中科院长春应化所项目组的首席科学家深入施工现场
与蒙西集团（水泥生产企业）的工程技术人员一道克服重重困难，解
决施工中大量的工程技术问题，用了3年时间建成3000 t/a二氧化碳
基聚合物工业示范装置。我国科学家和工程技术人员的艰苦创业精神
值得赞许，但产业化开发的途径和组织模式则有待商榷。发达国家在
取得一项重大科技成果后，往往与有实力的跨国集团或工程公司合作，
迅速完成产业化开发工作，如上世纪70年代美国孟山都公司开发出低
压甲醇羰基合成醋酸催化剂和工艺技术后与BP公司合作，迅速实现大
规模工业化生产。BP公司将该项技术买断后，在全球范围内推广该项
技术，目前已成为醋酸生产的主流技术。在此期间，我国中科院山西
煤化所、化学所、原化工部西南化工研究院等多家科研机构也进行了
羰基合成催化剂的R&D工作，并取得可喜成果，催化剂的性能指标与
国外相比毫不逊色，但由于我国科技成果产业化的途径与国外不同，
科研院所与工程公司之间没有联系，科研院所虽掌握催化剂技术和工
艺参数，但催化剂生产、工程设计、设备招标与采购、项目施工等一
系列工程项目的实施并不是这些科学家的强项，因此无法完成规模化
装置的工艺软件包。要建设醋酸装置的企业只能将目光转向国外，经
过与BP公司进行了长达10多年的艰苦谈判后，付出了1000万美元的
技术使用费，于1996引进一套了10万t/a羰基合成醋酸生产装置。
鲁奇工程公司与南方催化剂公司是长期的合作伙伴，2003年鲁奇公司
采用南方公司的催化剂在挪威建设一个12L反应器的甲醇制丙烯(MTP)
实验装置，取得成功后，在全球范围内进行10万～50万t/a MTP工
程设计和工程承包，2004年4月与伊朗签订了一项10万～20万t/a
MTP工程承包意向书。我们可以从国外这些科技成果产业化的成功案
例中得到一些启示，科研院所在取得一项科技成果后，首先要寻找接
产单位进行技术转让，随后科研人员要解决一系列并不熟悉的工程问
题直到装置建成投产，如果有些工程问题科研人员不能顺利解决，转
让失败，由此则引起技术合成纠纷，我国科技成果产业化之路基本如
此。设想一下，如果由长春应化所提供催化剂和工艺参数，由国内长
期从事大型聚合物装置设计和建设的化学工程公司进行中试和工程设
计，在全球范围内采购一流的设备和控制系统，组建一支由国内一流
专家、一流工程公司和商务谈判专家构成的科技成果产业化梦之队，
则必将大大加快二氧化碳基聚合物的产业化进程。
　　3． 加大政府支持力度，尽早实现二氧化碳基聚合物规模化生产
　　各国对与环境有关的技术都十分重视，美国于1996年设立总统绿
色化学挑战奖，旨在奖励在研究、开发和应用创新性绿色化学技术方
面取得杰出成就的个人、集体或组织。日本也制定了新阳光计划，在
环境技术的研究与开发领域，确定了环境无害制造技术、减少环境污
染技术和二氧化碳固定与利用技术等绿色化学的内容。
　　二氧化碳基聚合物的开发与利用将对中国乃至全世界的资源利
用、环境保护、可持续发展等诸多方面产生深远的影响。我国在二氧
化碳基聚合物领域已走在世界前列，但作为一种全新的聚合物体系，
在学术上还要进一步加强基础理论研究，在合成技术上仍需进一步改
进和提高，在产业化方面也存在工程技术和市场等一系列不确定因素。
我国的二氧化碳基聚合物从科研到生产已完成小试、工业化示范装置
这两个阶段的工作，但要形成规模化工业生产，离开政府的帮助和支
持是很难实施的，因此我国政府除应加大该领域的R&D投入外，在产
业化方面也应加大风险基金投入，以帮助企业尽早实现二氧化碳基聚
合物的规模化生产。