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　　長(zhǎng)期以來(lái)，圍繞塑料制品的廢棄引發(fā)的“白色污染”，社會(huì)上存在大量爭(zhēng)議。無(wú)論是用垃圾掩埋或其它方法，廢棄塑料制品在環(huán)境中存留的時(shí)間非常長(zhǎng)，會(huì)四處遺留數(shù)十年，堵塞下水道和排水溝，散布在河道、海灘、樹木、海洋上，對(duì)野生動(dòng)物構(gòu)成威脅。為此，有人提出要封殺塑料包裝，也有人提出徵稅。

　　良好的環(huán)境需要管理。勿庸置疑，我們應(yīng)該盡可能減少使用、重新使用和再生使用塑料制品。這一策略仍有許多局限性，對(duì)于一些無(wú)法回收、難以回收、回收成本很大的塑料制品，我們需要加大力度尋找更好、更實(shí)用的方法。目前，世界范圍內(nèi)的研發(fā)熱點(diǎn)集中在利用降解塑料制造上述塑料制品。因此，我們面對(duì)資源與塑料、塑料與環(huán)境、成本與利益等平衡關(guān)系，可遵循“少用一點(diǎn)、回收一點(diǎn)、降解一點(diǎn)”的原則策略。

　　降解塑料開發(fā)研究由來(lái)已久。早期針對(duì)聚烯烴(PO)塑料制品的光降解、光-生物降解、中期的大量無(wú)機(jī)物填充改性的環(huán)境可消納材料均取得了一定的研究進(jìn)展和巿場(chǎng)應(yīng)用。問(wèn)題在于此類可降解聚烯烴制品都不能有效控制壽命，能不能確保降解產(chǎn)物最終完全轉(zhuǎn)化為CO2、水和腐殖質(zhì)(生物量)。隨著近年來(lái)全生物降解聚酯材料(可水解塑料)的問(wèn)世和應(yīng)用，降解聚烯烴塑料制品的研究似乎要被劃上句號(hào)。

　　■面對(duì)降解聚乙烯地膜技術(shù)的困惑

　　中國(guó)開展降解聚乙烯地膜研究二十余年，先后經(jīng)歷了光降解、光—生物降解等技術(shù)階段。主要技術(shù)措施是添加光敏劑或光敏劑與淀粉填充改性共用。經(jīng)過(guò)多年試驗(yàn)，結(jié)論褒貶不一，結(jié)果基本是否定的。焦點(diǎn)集中在地膜使用壽命是否可控、降解能否徹底。中國(guó)地域廣闊，氣候環(huán)境和土壤條件差異很大，耕作方式也有很大不同。在東北地區(qū)試驗(yàn)成功的壽命可控產(chǎn)品，到了西北地區(qū)使用結(jié)果迥異，換到西南地區(qū)又是另外一種結(jié)論。如果使用壽命短于設(shè)計(jì)壽命，墑情遭到破壞，導(dǎo)致作物減產(chǎn)，甚至絕產(chǎn);如果使用壽命長(zhǎng)于設(shè)計(jì)壽命，要么花費(fèi)大量人力成本整理回收殘膜，要么讓殘膜殘留于土地中。留在土地中的殘膜如果能夠在光、熱、氧、水、微生物、細(xì)菌等因素作用下完全降解，并最終轉(zhuǎn)化為CO2、水和生物量(腐殖質(zhì))，不影響后續(xù)種植，是完全可以接受的。但現(xiàn)在的結(jié)果是無(wú)論基于何種降解技術(shù)的聚乙烯地膜被掩埋于土地或被拋擲在田間地頭，都不能完全降解，滯留期長(zhǎng)(近十余年)，嚴(yán)重影響后續(xù)種植，還造成視覺污染。由此，地膜又回到了原起點(diǎn)，重新采用普通聚乙烯吹塑地膜。

　　事情又走向了另一方面。既然降解技術(shù)不可靠、不完善，業(yè)內(nèi)學(xué)者提出，那就應(yīng)采用耐老化易回收技術(shù)，減少污染的同時(shí)提高石油資源的循環(huán)利用率?；厥盏牡啬た稍偕炝Ｖ瞥善渌芰现破罚部勺鳛檠a(bǔ)充燃料焚燒取熱。歐美國(guó)家在相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)采用了該項(xiàng)技術(shù)，效果不錯(cuò)。新的問(wèn)題又出現(xiàn)：耐老化易回收地膜的厚度增加，原材料成本上升，回收的人力成本甚至超過(guò)了廢膜的價(jià)值。技術(shù)推廣受挫，尤其是在中國(guó)，高投入低產(chǎn)出、社會(huì)效益巨大的活動(dòng)幾乎無(wú)人有興趣。周而復(fù)始，農(nóng)用地膜又回到了既不耐候，又不降解的普通聚乙烯吹塑膜。

　　地膜全降解技術(shù)是得到種植行業(yè)認(rèn)可和歡迎的，問(wèn)題的癥結(jié)在于技術(shù)的完善性。中國(guó)已成為全球無(wú)與倫比的農(nóng)用塑料使用大國(guó)。農(nóng)用地膜的年均耗用量達(dá)到45萬(wàn)噸，覆蓋面積超過(guò)2億畝。曾有農(nóng)業(yè)技術(shù)部門統(tǒng)計(jì)研究，土地中的塑料碎片殘留量小于7公斤/畝，尚不影響后續(xù)種植。但今天的情況是，土地中的塑料碎片殘留量已大大超過(guò)這一極限值。據(jù)筆者兩個(gè)月前在中國(guó)農(nóng)用地膜使用量最大、覆蓋面積最大的新疆地區(qū)調(diào)查結(jié)果表明：以推廣地面覆蓋塑料膜最廣泛、最深入的新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)為例，在其所轄各團(tuán)的棉花、番茄種植中，土地中地膜累計(jì)殘留量達(dá)35公斤/畝，嚴(yán)重影響作物的種植和生長(zhǎng)。殘留的塑料碎片在土壤和種子之間搭起了隔離層，阻擋了水、肥等養(yǎng)分，導(dǎo)致種子不發(fā)芽、不出苗。勞作者不得不多次補(bǔ)種，耗費(fèi)大量人力、物力，還影響產(chǎn)量。兵團(tuán)采取了大量激勵(lì)或強(qiáng)制措施，制造了專用機(jī)械，要求回收殘膜，但收效甚微。因此，中國(guó)需要壽命可控的全降解地膜。

　　技術(shù)的進(jìn)步，為上述問(wèn)題的解決提供了新途徑。既然聚乙烯的降解或防老化技術(shù)在地膜的使用存在這樣或那樣的問(wèn)題，我們?yōu)槭裁床徊捎梅蔷垡蚁┑目山到獾耐该鞲采w材料呢?近年來(lái)，聚乳酸(酯)PLA、脂肪族聚酯(PBS)等全生物降解樹脂相繼問(wèn)世。將此類樹脂用于農(nóng)用地膜的呼聲日漸高漲。但是，有幾個(gè)現(xiàn)實(shí)問(wèn)題是不容回避的。中國(guó)農(nóng)民需要的是投入低、一次性投入更低的生產(chǎn)資料。中國(guó)已把聚乙烯薄膜做到了世界最薄(0.003mm)，使用壽命平均60-90天。上述聚酯或改性聚酯的成本或售價(jià)能否與聚乙烯抗衡或競(jìng)爭(zhēng)?聚酯的超薄吹塑技術(shù)尚未過(guò)關(guān)。更有一個(gè)不容忽視的問(wèn)題，農(nóng)業(yè)種植是一個(gè)高水、高溫、高濕環(huán)境、多微生物環(huán)境、多化學(xué)品環(huán)境，是一個(gè)堆肥環(huán)境，以水解為主要作用機(jī)制的聚酯產(chǎn)品壽命能否滿足種植期需要，能否實(shí)現(xiàn)壽命可控?

　　有了全生物降解的聚酯材料，業(yè)內(nèi)關(guān)于廢除聚乙烯降解地膜的呼聲也日漸高漲，甚至認(rèn)為那是一項(xiàng)已終審判決死刑的技術(shù)。誠(chéng)然，聚乙烯不能生物降解(亦即不能完全降解)，但其氧化產(chǎn)品能不能生物降解?能不能最終被環(huán)境消納?能不能不影響土壤結(jié)構(gòu)和地力(養(yǎng)份)?

　　■氧化-生物降解塑料添加劑帶來(lái)的機(jī)遇

　　加拿大EPI公司開發(fā)的氧化-生物降解塑料添加劑技術(shù)應(yīng)用于傳統(tǒng)聚烯烴塑料制品，不改變或影響塑料傳統(tǒng)加工制造過(guò)程;制品壽命可根據(jù)用途在生產(chǎn)中“編程”制造;制品強(qiáng)度和其他特徵與傳統(tǒng)塑料一樣;制品同樣可以再生和循環(huán)加工使用;制品無(wú)論是堆肥、掩埋還是隨意拋棄、最終都可變?yōu)镃O2、水和生物量。并且，氧化-生物降解塑料添加劑符合美國(guó)FDA和歐盟針對(duì)食品應(yīng)用的EFSA。

　　三年多來(lái)，EmoChiellini教授帶領(lǐng)的研究小組一直在Pisa大學(xué)對(duì)添加了EPI的TDPA的聚烯烴進(jìn)行綜合調(diào)查。調(diào)查涉及對(duì)樣品氧化降解的研究，隨后又進(jìn)行了氧化材料在固體介質(zhì)(土壤和堆肥)中的生物降解。今天的工作主要集中在TDPA-聚乙烯樣品。

　　TDPA-PE購(gòu)物袋樣品以LDPE和LLDPE為基礎(chǔ)，在溫度高達(dá)70℃的空氣中，具有氧化的高度傾向性(通過(guò)測(cè)量吸收的氧)。氧化過(guò)程中聚乙烯的摩爾質(zhì)量有明顯的、漸進(jìn)的降低(碳鏈被打斷成越來(lái)越小的分子)。降解速度取決于溫度和相對(duì)濕度。溫度升高、相對(duì)濕度降低時(shí)速度持續(xù)加快。聚合物分子分解成氧化分子碎片的原因是氧化過(guò)程。薄膜不可避免地弱化、分解成越來(lái)越小的碎片。這些親水碎片，暴露或埋藏于土壤，或與成熟堆肥混合，在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)，可生物降解成65%-75%的礦化物質(zhì)(由微生物把碳轉(zhuǎn)化成二氧化碳)以及10%-15%細(xì)胞生物量。在所有的案例中，證明在普通PE樣品呈惰性的條件下，TDPA-PE樣品能夠氧化生物降解。

　　基于EPI公司的完全降解塑料添加劑(TDPA®)技術(shù)，我們嘗試性地將其應(yīng)用于聚烯烴農(nóng)業(yè)地膜，以實(shí)驗(yàn)室加速老化評(píng)價(jià)和田間實(shí)驗(yàn)效果評(píng)估相結(jié)合，對(duì)其展開了初步研究。

　　■新技術(shù)應(yīng)用于地膜的試驗(yàn)研究

　　氧化-生物降解技術(shù)并不改變普通塑料的加工過(guò)程、裝備、使用性能，壽命可根據(jù)使用地區(qū)的光通量、使用季節(jié)的最高溫度、最低溫度、平均溫度、以及濕度、降雨、海拔高度、目標(biāo)使用壽命來(lái)度身設(shè)計(jì)添加劑(編程)。而且，加工和儲(chǔ)存時(shí)間不影響制造性能和壽命;氧化-生物降解塑料同樣可以循環(huán)再生、重復(fù)使用。鑒于氧化-生物降解的上述技術(shù)特點(diǎn)，我們選擇了西南某省份為試驗(yàn)地，進(jìn)行氧化——生物降解地膜應(yīng)用試驗(yàn)研究。

　　■試驗(yàn)地氣候條件

　　試驗(yàn)地位于東經(jīng)97°31’至106°11’、北緯21°8’至29°15’之間，平均海拔2000米，年溫差小，日溫差大，最熱月平均氣溫19-22℃，最冷月平均氣溫6-8℃，光照強(qiáng)度125kcL/cm2/年，最高氣溫35℃。

　　■試驗(yàn)地膜的技術(shù)參數(shù)

　　聚乙烯吹塑薄膜用熔融指數(shù)為2.0克/10分的LLDPE為主，厚度0.005mm，拉伸負(fù)荷(縱/橫)≧1.0N，斷裂伸長(zhǎng)率(縱/橫)%≧120、直角撕裂負(fù)荷(縱/橫)≧0.4N;外觀：無(wú)大的魚眼，無(wú)破洞氣泡。分兩組設(shè)計(jì)，一組為35天破裂，二組為50天破裂。破裂后的殘膜就地埋入土中離地表30cm處，一年后不應(yīng)有明顯可視碎片。

　　根據(jù)ASTMD3826規(guī)定，當(dāng)75%以上的被測(cè)試件的伸長(zhǎng)率小于5%時(shí)，降解完成。因此可以根據(jù)制品的斷裂伸長(zhǎng)率和斷裂伸長(zhǎng)率保留率來(lái)衡量制品的降解程度。

　　設(shè)計(jì)破裂時(shí)間為35天的聚乙烯地膜的斷裂伸長(zhǎng)率和斷裂伸長(zhǎng)率保留率結(jié)果見表2。該地膜于第40天破裂，并于第45天埋入土地，觀察其生物降解情況。

　　我們的試驗(yàn)還在繼續(xù)進(jìn)行。本文旨在拋磚引玉，建議業(yè)內(nèi)技術(shù)人員不要放棄聚乙烯的氧化-生物降解技術(shù)的開發(fā)與利用，不要放棄農(nóng)用聚乙烯地膜及其它難以回收、回收成本巨大、回收導(dǎo)致二次污染的聚乙烯制品的氧化-生物降解技術(shù)開發(fā)。在新的全生物降解聚酯材料問(wèn)世的同時(shí)，不應(yīng)把性價(jià)比更高的聚乙烯降解技術(shù)置諸高閣或棄之不用，二者完全是可以共存的。

　　■氧化-生物降解塑料與水解型聚酯類(淀粉類)生物降解塑料的對(duì)比

　　可氧化生物降解塑料制品與水解型聚酯類生物降解(淀粉基)制品相比，具有一些主要特點(diǎn)：

　　1)可在任何室外或室內(nèi)環(huán)境中降解，即使沒有水。多數(shù)水解型生物降解塑料需要在微生物較多的環(huán)境中(例如肥堆)才能降解。

　　2)水解型生物降解塑料降解時(shí)產(chǎn)生甲烷，而氧化生物降解塑料不會(huì)。

　　3)氧化生物降解塑料在制造過(guò)程中可進(jìn)行壽命規(guī)劃，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)降解。水解型生物降解塑料的降解速度不可預(yù)先設(shè)定。

　　4)氧化生物降解塑料更堅(jiān)固、用途更廣、更廉價(jià)。

　　5)氧化生物降解塑料制造時(shí)所用的勞動(dòng)力和機(jī)械與傳統(tǒng)塑料無(wú)異，不會(huì)減少制造業(yè)的工作崗位。

　　6)可氧化生物降解塑料更薄、存放和運(yùn)輸?shù)目臻g更小、產(chǎn)生的物質(zhì)更少。

　　7)可氧化生物降解袋可常溫處理、在常規(guī)設(shè)備中與其相關(guān)塑料廢物一同再生，重新制造，而水解型生物降解袋不能。

　　8)水解型聚酯類全生物降解材料成本高。以淀粉為起始原料，需耗用大量能源。