生物降解塑料应用开发正处热潮□唐赛珍 陶欣 进入21世纪以来，保护地球环境、构筑资源循环型社会、走可
进入21世纪以来，保护地球环境、构筑资源循环型社会、走可持续发展道路，已成为世界关注的热点和紧迫任务。生物降解塑料通过其整个生命周期分析，已被确认为环境低负荷材料。另外，相当一部分生物降解塑料的主要原料是来自可年年再生的农业资源，作为有限的、日趋枯竭的不可再生的石油资源的补充替代，生物降解塑料的发展已为全球所瞩目。 一、生产概况
一、生产概况 近年来，世界几个发达国家在生物降解塑料研发方面已取得了较
近年来，世界几个发达国家在生物降解塑料研发方面已取得了较大进展（见表1）。2000年全世界生物降解塑料的市场规模达3.5万～4.0万t，预计到2010年将形成10万t的市场规模。2015年后，其消费量将占塑料市场总量的10%。另据报道，目前北美生物降解塑料年销售量约为1.25万t，至2005年预计可增加到1.75万t，年均增长率为7%，其中以聚乳酸（PLA）为主，年需求量将达到1.25万t。 在北美，生物降解塑料主要市场为散装包装材料，2000年销售
在北美，生物降解塑料主要市场为散装包装材料，2000年销售量为1万t，到2005年其年均需求量预计增长4.6%；其第二大市场是堆肥袋，销售量将从2000年的2500t增加到2005年的4000t，年均增长率9.9%；其他市场是农用地膜、卫生用品和涂覆料等，目前市场需求量还不到500t ，到2005年预计将增加到1000t以上。 二、主要特性
二、主要特性 目前开发的生物降解塑料包括天然高分子合成、微生物发酵合成
目前开发的生物降解塑料包括天然高分子合成、微生物发酵合成及化学合成三大类几十个品种。由于原料、合成方法的不同，它们除均具有良好的生物降解性外，还分别拥有特殊的优良性能。从综合性能比较，除聚3-羟基丁酸酯（PHB）和PLA外，大多生物降解塑料与LDPE物性类似，适合制造软质制品。但PHB和PLA的刚性、弹性率虽较高，其伸长率却很低。另外，PHB融点（180℃）与热分解温度（200℃）相近，使其加工较困难。PLA玻璃化温度为60℃，处于使用温度范围中。因此，生物降解塑料生产使用中还存在一些问题，有待通过改性得到进一步改善。 三、应用进展
三、应用进展 近年来，生物降解塑料在品种开发、性能改进、产能增加方面均
近年来，生物降解塑料在品种开发、性能改进、产能增加方面均有了较大进展，成本也有所降低。但由于受生产效率和生产规模的制约，价格仍大大高于普通塑料。尽管各国均致力于以保护环境为目标开发用后不易回收的领域，但高昂的价格（比普通塑料高2～8倍）仍然成为产品推向市场的壁垒。因此，当前仍以医用材料和高附加值包装材料为主要应用方向，同时积极开拓其他有利于保护环境和可持续发展的用途。下面主要对医用材料、包装材料、农林水产资材等进行介绍。 1.医用材料
1.医用材料 医用材料特别是进入人体的高分子材料，要求机械强度高、无毒、
医用材料特别是进入人体的高分子材料，要求机械强度高、无毒、无刺激、生物相容性好。当前已有工业化生产能力并已临床应用的品种主要有PHA、PHB、PHBV、PCL、PGA、PLA等。它们与人体组织有良好的相容性，不会引起周围炎症，无排异效应，其降解产物可参与代谢循环，无残留，且具有独特的压电效应。因此适用于控释药物载体、医用手术缝合线、生物植片、微球、胶囊、骨科用器材等。 ①药物送达和缓释体系
①药物送达和缓释体系 所谓药物送达体系是将药物活性分子与天然或合成高分子载体结
所谓药物送达体系是将药物活性分子与天然或合成高分子载体结合，投施后在不降低原来药效及抑制副作用情况下，以适当的浓度和持续方向集积到患病的器官和细胞部位，以充分发挥原来药物的体系。PHA、CPHB、PHBHHx、PHBV、PCL、PLA都具有较好的生物相容性、降解性和力学性能。与药物一起制成药物微球或药物胶囊，可作成恒速释放体系，充分发挥药效。另外，PHB具有压电效应，具有“开、关”功能，也有望做成脉冲型恒量释放体系。由于可实现药物控制释放，能大大提高药效，避免抗药性发生，降低副作用。 ②可吸收性术后缝线
②可吸收性术后缝线 PHA、PLA、PGA等生物降解塑料与人体组织相容性好、抗原性低，
PHA、PLA、PGA等生物降解塑料与人体组织相容性好、抗原性低，用作手术缝线在术后能自动被吸收，参与正常代谢循环后被排出体外，可免除患者拆线之苦。近年来有些临床报道，生物降解塑料可作缝线和条形物用来修复腱、韧带和关节的脱臼，也可用于骨折和骨组织切开术中起固定作用，用作修复动脉壁的可降解的管状纤维。由于PHB有压电效应，更能促进伤口愈合。在欧洲，PCL已在临床上用作可降解的U型钉（用于伤口愈合）。 ③骨科用器材
③骨科用器材 PHA、PLA、PGA等制成片状或纤维状的外科生物植片，可用来修
PHA、PLA、PGA等制成片状或纤维状的外科生物植片，可用来修复骨折或其他机体损伤，如用于上颌骨面内部骨折愈合用的骨板、输尿管的连接、腹部疝修补、韧带重建、血管的移植等，特别在治疗网状骨质的骨折时具有明显优势。PCL片材用于骨折固定夹板，由于其熔点较低，稍加热可软化，方便拆卸，有利于医务工作及减轻病人痛苦。 2.包装材料
2.包装材料 近年来，随着性能不断改善、规模不断扩大、产能不断增长，生
近年来，随着性能不断改善、规模不断扩大、产能不断增长，生物降解塑料成本呈现下降的趋势。国外许多生物降解塑料生产公司正积极致力于应用领域特别是包装材料领域的开拓。德国政府还拨出220万马克作为促进生物降解塑料用于包装材料的试验援助基金，提供给巴斯夫、伊士曼、 Cargill Dow、 Novamont等几家大公司对食品容器、托盘、包装薄膜、一次性杂品等作为期10个月的应用试验经费。 ①容器
①容器 上世纪90年代初期，德国wella公司首先使用PHB生产高级洗
上世纪90年代初期，德国wella公司首先使用PHB生产高级洗发香波包装容器，由于价格高昂，销量不畅，导致停产。后日本竹木器工业公司等研发PHB高级化妆品瓶、药品和饮料包装瓶。近年来，随着PHA、PLA、PCL的陆续投产及性能改进，特别是通过添加滑石粉等无机材料进行共混，研制了食品包装容器、托盘等，不仅改进了刚性和耐冲击性，而且进一步降低了成本，产品正在推向市场。如意大利Novamont公司研发的淀粉、醋酸纤维、PCL生物降解塑料（Mater-Bi）一次性餐饮具，用后其废弃物连同生物垃圾进行堆肥化处理，较好地解决了一次性餐饮具废弃物再资源化的问题。德国Danone公司开发的PLA容器以及A-pack公司、Biotech公司开发的淀粉基生物降解塑料包装盒、托盘也已有商品问世，但由于价格昂贵，有待于进一步降低成本，才有利于迅速推广。 ②薄膜、片材
②薄膜、片材 近年来，国外大力研发生物降解塑料，如采用PCL、PBS、脂肪
近年来，国外大力研发生物降解塑料，如采用PCL、PBS、脂肪族与芳香族共聚酯等或与淀粉共混制造薄膜，用作包装袋、垃圾袋、堆肥袋等，已有商品问世。虽然价格高昂，广泛应用还有待时日，但由于发达国家十分重视垃圾堆肥化处理方式，生物降解食品包装袋、垃圾袋、堆肥袋将会有较大的市场潜力。PLA延伸性优，但脆性大，近年来通过单向拉伸、双向拉伸生产片材，可大大提高强度，克服脆性。目前通过真空成型制造容器盖，受到市场关注。 ③发泡缓冲包装材料
③发泡缓冲包装材料 淀粉发泡塑料球、绳、条、网、片材及其真空成型容器、托盘等
淀粉发泡塑料球、绳、条、网、片材及其真空成型容器、托盘等近年来有较大发展。美国、西欧和亚洲等国家和地区的许多公司均有批量生产，主要作为聚苯乙烯泡沫塑料替代品。 ④涂覆材料
④涂覆材料 近年来，生物降解塑料PHA、PCL、PBS等作为天然材料为原料的
近年来，生物降解塑料PHA、PCL、PBS等作为天然材料为原料的包装制品的涂覆料和涂覆技术发展迅速，不仅解决了天然材料餐饮具的防水、防油问题，而且避免了蒸发残渣超标，确保了卫生安全。因而，涂覆材料的开发日益受到关注。 3. 农林资材
3. 农林资材 随着农林水产业一次性塑料制品的用量不断增长，由此造成的环
随着农林水产业一次性塑料制品的用量不断增长，由此造成的环境污染和生态破坏也日益加重。近年来，许多国家和地区加大了生物降解塑料在农林生产领域的应用开发。 农林方面研发和试用的产品主要有地膜、育秧（苗）钵、杯、软
农林方面研发和试用的产品主要有地膜、育秧（苗）钵、杯、软盘、穴盘、水果保护网套、蔬菜保鲜膜、堆肥袋、农药袋、捆扎固定绳等。日本已在北海道、关东、九州等地区进行PCL、PLA、PBS生物降解地膜的覆盖试验。试验结果表明，这些地膜的力学性能均可满足要求、生物降解性能优良；除PLA白膜外，其他农膜半年后可完全生物降解，但崩碎较快，难以抑制杂草生长及发挥保温、保熵作用，可控性较难掌握，有待于进一步研究。 降解塑料在用作农作物育秧盘，林木、花卉育苗钵、水果保护网
降解塑料在用作农作物育秧盘，林木、花卉育苗钵、水果保护网套等方面效果十分理想。 4.水产用品
4.水产用品 为了减轻海洋污染，北美、欧洲、日本等地区和国家均在积极进
为了减轻海洋污染，北美、欧洲、日本等地区和国家均在积极进行生物降解塑料在渔业材料方面的应用开发，主要有PHBV、PCL、PLA等。1993年以来，日本水产厅发起成立了 “生物降解塑料渔具开发研究委员会”，并制定了“关于生物降解塑料鱼具开发的调查研究”的国家五年计划。目前正在努力改进、提高材料的加工性、耐久性并开拓用途，如用于鱼网、水产植物养殖网、笼式渔具等的研究均处于中试阶段。 近年来，日本东京塑料研究所研发了一种用后可在海水中完全生
近年来，日本东京塑料研究所研发了一种用后可在海水中完全生物降解的塑料鱼网，这种渔网采用无毒性、可降解的纤维编织而成，其强度和性能可与目前使用的渔网相比拟，但在海水中使用一定时间废弃后，可慢慢溶解。据跟踪检测初步表明，分解物无毒性，对水生物不会造成危害。日本水产工学研究所曾进行PHBV纤维制的螃蟹网笼试验，与聚乙烯网笼比较，产量相近，但强度稍差。 综上分析，生物降解塑料还处于开发阶段，产品性能、加工工艺
综上分析，生物降解塑料还处于开发阶段，产品性能、加工工艺应当进一步改进，应用领域需要进一步开拓，特别是成本有待于大幅度降低。但它符合绿色化学与生态工业发展方向，是保护环境和实施可持续发展战略的理想材料，因此将日益受到全社会的关切和重视。（全文完）表1 世界几个主要国家生物降解塑料研发和生产概况 万t/a国家 生产公司 主要成分 生产能力
美国 NOVON 热塑性淀粉 4.5 International 改性淀粉/PE U.C.C 聚己内脂(PCL) 0.1~0.5 索尔维 PCL 2(Polymer) 0.5(CAPA) 伊士曼化学 聚(己二酸-丁二 1.5 醇酯/对苯二甲 酸-乙二醇酯) 杜邦 聚(己二酸-丁二 9① 醇酯/对苯二甲 酸-乙二醇酯) Cargill Dow PLA 0.8~14 Polymers Environmental 聚乙烯醇(PVA) 1 Products Willow Ridge 改性淀粉/PE - National Starch 淀粉基衍生物 -意大利 Novonmont 淀粉/PVA 1 淀粉/PCL德国 拜耳 聚(己二酸-丁二 事业化终止 醇酯/对苯二甲 酸-乙二醇酯) 巴斯夫 聚(己二酸-丁二 0.8 醇酯/对苯二甲 酸-乙二醇酯) Biotec 淀粉/PCL -荷兰 Paper Foam 淀粉、纤维素 -日本 三井化学 PLA 0.05 岛津制作所 PLA 0.03 三菱气体化学 聚3-羟基丁酸酯 0.001~0.1 (PHB) 聚3-羟基戊酸酯 (PHBV) 聚(丁二酸丁二 中试数百吨 醇酯/碳酸酯) 昭和高分子/ 聚(丁二酸-丁二 0.3~2 昭和电工 醇酯/己二甲酸- 丁二醇酸) 日本触媒 聚己二酸乙二 - 醇脂 日本谷物淀粉 热塑性淀粉 - ダイセル PCL - 化学工业 クラレ日本化学 PVA 20② 合成化学工业 フイセロ化学 ダイセル化学工业 醋酸纤维素 10③ Planet Polymer 日本触媒 帝人 Novamont 淀粉/化学合成 0.8 日本合成化学工业 类生物降解塑料 日本食品化工韩国 Ire Chemicai 二元醇、二元 - Ltd 酸、脂肪族热 塑性聚脂 DAESANG 热塑性淀粉 -中国 清华大学 聚羟基脂肪 0.1 汕头华逸生物 酸酯 工程公司 (PHA PHBHHx) 江门生物技术开发中心 中科院微生物所 PHB 0.1 中科院长春应化所 PHBV 宁波天安生物材料有限公司 湖南国防科技大学 PCL - 湖南益阳中玉环 淀粉/PCL 保材料公司 上海微生物研究所 PLA 扩试 上海化工厂 中科院北京化学所 聚丁二酸丁二 0.1 清华大学 醇酯 中科院长春应化所 脂肪族聚碳 0.2 蒙西高新材料股 酸酯 份有限公司 北京工商大学 改性PVA - 西安交大 淀粉/PVA - 西安华源生态农 0.1 业高科技公司 兰州凯翔科技 0.1 有限公司 中科院北京化学所 改性淀粉 - 中科院长春应化所 - 天津丹海股份有限公司 3④ 南京苏石降解树脂有限公司 1④注：①包括通用PET生产能力； ②包括全部PVA的产品的生产能力；
②包括全部PVA的产品的生产能力； ③包括纤维原料、胶片等生产能力；
③包括纤维原料、胶片等生产能力； ④包括淀粉/PE生产能力。
④包括淀粉/PE生产能力。