能自动“消失”的塑料：解决海洋塑料污染新渠道

■高雅丽，本报见习记者

19世纪，塑料诞生了，它被称为人类最伟大的发明之一。然而，随着白色污染变得越来越严重，塑料已经成为“最糟糕的”发明。据统计，世界上每年约有3000万吨塑料垃圾，其中800多万吨直接被丢弃或最终通过河流和风从陆地进入海洋。塑料污染对海洋环境造成的损害远远超出了人们的想象。

近日，在深圳举行的首届“第一杯”未来技术创新大赛决赛中，中国科学院物理与化学研究所工程塑料国家工程研究中心的一个团队展示了一种能有效解决海洋塑料污染问题的海水可降解材料。这个项目也是最终获得获奖的30个项目之一。

灵感来自可生物降解塑料

塑料垃圾从哪里来？上班路上，快餐店的早餐塑料袋，中午小舸送的包裹袋，洗澡时沐浴露里的塑料颗粒等。每个人都会在许多意想不到的地方产生大量的塑料垃圾。

为了解决白色污染问题，中国科学院物理化学研究所工程塑料国家工程研究中心开发了一种“可生物降解塑料”，这种塑料不仅使塑料产品易于使用，而且使用后“自动消失”。

中国科学院物理化学研究所工程塑料国家工程研究中心主任兼研究员纪军辉告诉《中国科学日报》:“可生物降解塑料主要是含有酯键的高分子材料，它们的分子链相对‘脆弱’，因此它们可以被自然界的许多微生物分解和消化，最终形成对环境无害的二氧化碳和水。”

目前，商用生物降解塑料包括聚乳酸(PLA)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、共聚酯(PBAT)、聚己内酯(PCL)、聚羟基脂肪酸酯(PHA)等。这些材料已经成为公认的绿色完全可生物降解的材料。在一次性包装、塑料薄膜、一次性餐具等许多领域，它们逐渐取代了聚丙烯、聚乙烯等不可降解和不可降解的塑料制品。

在解决陆地白色污染问题的同时，日益严重的海洋塑料污染也引起了纪军辉的关注。“自2016年以来，全球范围内出现了大量关于海洋塑料污染的报告，因为我们在早期就有很多关于可生物降解塑料的研发经验，我们很快就想到了研发海洋可降解材料的想法。从材料的角度来看，当时国内外都没有经验可供借鉴，但因为我们在制造可降解塑料，所以我们觉得有义务完成这件事。”纪军辉说道。

实现海洋退化的技术创新

在确定了发展海水降解材料的学科方向后，中国科学院物理化学研究所高级工程师王戈霞进行了系统的研究工作。通过多次试验和比较，他们发现在土壤中具有良好生物降解性的材料和在海水中堆肥的降解率并不令人满意。

王戈霞说:“我们认为这是一件相对容易的事情。我们可以通过对可生物降解材料进行轻微的改性来适应海洋环境，但现实给我们泼了一盆冷水。”

这到底是怎么回事？经过仔细研究，王戈霞找到了答案。“聚酯材料的堆肥过程是在微生物作用下的酶水解反应。然而，由于海水温度低，种类少，特定微生物数量少，很难具备生物降解的条件。因此，大多数聚酯材料在海水中的降解时间非常慢，甚至很难降解。”

王格霞表示，海水的不同区域和时期差异很大，不可能单纯依靠生物降解过程就能在可控时期内完全降解材料。我们面临的难题不仅是解决现有材料在海水中难以降解和不降解的问题，还要根据不同的应用要求使材料满足一定的使用性能和环境适应性。

经过反复实验，王戈霞和他的团队成员成功地走出了这个困境。从分子设计和两相合成出发，通过聚合物合成改性和共混改性，将非酶水解基团引入可生物降解聚酯体系，实现材料在海水中的整体可控降解。

“我们开发的海水可降解材料可以在几分钟到几百天内的不同时期分解或降解。其降解周期和降解方式可根据不同的应用要求进行调节和控制。将来，我们希望这种材料的降解模式能够智能化。”王戈霞说道。

应用市场前景广阔。

自1999年开始研究可降解塑料以来，经过近20年的积累，国家工程塑料工程研究中心通过技术转让和改造，自主开发了一步聚丁二酸丁二醇酯/PBAT聚合技术，并完成了4家企业的技术授权，其中3家已成功投产，总生产能力7.5万吨，占世界12.6万吨的55%。

“2008年北京奥运会期间，专门为奥林匹克中心公园设计的可生物降解的环保袋已经形成了一个相对成熟和稳定的可降解塑料产业链，也为海水可降解材料的产业化奠定了坚实的基础。”纪军辉告诉记者。

王戈霞表示，海水降解材料可以在未来取代现有的一次性塑料制品，特别是在长途航行中，可以有效解决塑料废弃物的处理问题，减少废弃物对海洋的污染。此外，特殊的功能性程序降解材料还可以显示其在信息安全、能源供应、水产养殖等领域的威力。

季俊辉说:“从汽车用改性塑料到家用抗菌材料的研发，我们在产业转型中积累了许多经验。我们现在不仅有技术，还有生产线。海水降解材料的产业化道路具有良好的前景。虽然短期内生产成本将高于普通塑料，但当原料、技术和生产规模达到一定水平时，成本肯定会下降。”

季军辉还表示，“塑料限令”不能从源头上解决白色污染问题，而可降解塑料从材料源头上解决根本问题。“预防和控制塑料污染是一个造福全社会的问题。消费者不能仅仅支付账单。我们希望*和社会承担责任。”纪军辉说道。

《中国科学报》(第六版，2018年7月30日)