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01.“禁塑令”下的可降解塑料

 

塑料被稱為人類20世紀最偉大的發(fā)明之一，但也被視為最具爭議的發(fā)明。塑料在給人們生活帶來極大便利的同時，也因人們不合理處置而給生態(tài)環(huán)境帶來越來越難以承受的壓力。據(jù)統(tǒng)計，到目前為止全球每年產(chǎn)生的塑料垃圾總量超過3億噸，而且還在以每年約8～12%的速度增長，其中有約800萬噸被直接排入海洋，到2050年為止，海洋中塑料垃圾的總量將超過海洋生物的總重量。傳統(tǒng)塑料在自然界中降解速度極慢，需數(shù)十年甚至數(shù)百年才能完全自然降解，這給海洋、生態(tài)環(huán)境乃至人類健康帶來嚴重影響。

▲ 塑料制品生命周期_來源：WWF

為解決塑料垃圾帶來的環(huán)境問題，2008年6月1日，我國在全國范圍內(nèi)正式實施塑料購物袋有償使用制度(又稱“限塑令”)，禁止生產(chǎn)、銷售、使用厚度小于0.025毫米的超薄塑料袋。

 

為進一步加強塑料污染治理，建立健全塑料制品長效管理機制，國家又陸續(xù)出臺了一系列政策與措施。2020年1月16日，國家發(fā)展改革委與生態(tài)環(huán)境部聯(lián)合發(fā)布《關于進一步加強塑料污染治理的意見》(也稱“禁塑令”)，將禁止、限制使用的塑料制品進一步擴大到四個方面：

并積極鼓勵推廣使用可降解塑料，來作為傳統(tǒng)塑料的替代產(chǎn)品。

▲ 我國塑料污染治理工作近期目標

海南省是我國由“限塑”升級為“禁塑”的領頭羊。

 

早在2019年2月，海南就率先頒布《海南省全面禁止生產(chǎn)、銷售和使用一次性不可降解塑料制品實施方案》，宣布全省分種類逐步推進全面“禁塑”。

 

2020年4月，海南在全省各級黨政機關單位、事業(yè)單位等單位食堂、旅游景區(qū)、大型商超、醫(yī)院等行業(yè)場所，正式禁止銷售和使用列入《海南省禁止生產(chǎn)銷售使用一次性不可降解塑料制品名錄（第一批）》的一次性不可降解塑料袋、塑料餐具。

 

目前，全國已有34個省市區(qū)發(fā)布了各自的“禁塑令”。在全國各地紛紛“禁塑”的背景下，可降解塑料成為香饃饃，產(chǎn)業(yè)進入快速發(fā)展階段。

 

02.如何定義可降解塑料？

 

如何定義和分類可降解塑料一直是困擾行業(yè)的話題。

 

以淀粉與傳統(tǒng)塑料為原料的破壞性塑料，以及在傳統(tǒng)塑料中添加氧化催化劑或光敏劑制備的熱氧降解塑料或光降解塑料，一度被認為屬于可降解塑料范疇，在GB/T 20197-2006 《降解塑料的定義、分類、標識和降解性能要求》也給予明確定義。但如今，這兩種塑料都不太受主流待見。

 

歐盟委員會2018年的報告指出，無法證明氧化降解塑料的降解速率及完全降解性。2018年歐盟報告中將“氧化降解塑料”定義為“使用添加劑在氧化條件下通過化學分解變?yōu)槲⑿退槠乃芰?，尚無證據(jù)其會完全降解”，在次年6月5日通過歐盟指令（EU）2019/904，其中包括禁止氧化降解塑料（oxo-degradable plastic）制成的一次性塑料產(chǎn)品在歐盟成員國市場上流通。

 

最新修訂的國家標準《降解塑料的定義、分類、標志和降解性能要求(討論稿)（計劃號20203542-T-469）》中擬刪去光降解、熱氧降解塑料的定義；

 

但云南省塑協(xié)發(fā)布的團體標準T/YNSX 12—2020《生態(tài)降解聚烯烴塑料袋》中納入氧化降解塑料[6]，引起業(yè)內(nèi)廣泛關注和爭議。

 

中國輕工業(yè)聯(lián)合會在2020年9月8日發(fā)布的《可降解塑料的分類與標識要求指南》（以下簡稱《指南》）中按不同降解條件將降解塑料劃分為5類：淡水環(huán)境降解、堆肥環(huán)境降解、土壤環(huán)境降解、海洋環(huán)境降解及厭氧環(huán)境降解。

 

海南省地方標準DB46/T 505-2020《全生物降解塑料制品  通用技術要求》中明確提出了全生物降解塑料的概念：

 

在自然界中如土壤和/或沙土等條件下，和/或特定條件如堆肥化條件下或厭氧消化條件下或水性培養(yǎng)基中，由自然界存在的微生物作用引起降解，并最終降解變成二氧化碳（CO2）或/和甲烷（CH4）、水（H2O）及其所含元素的礦化無機鹽以及新的生物質的一種塑料。

 

此外，該標準還列出了部分符合要求的聚合物，基本上是以脂肪族聚酯為代表的全生物降解塑料(見下表)：

▲ 海南標準中提及的部分聚合物

如果產(chǎn)品在海南銷售，所對應的塑料制品的原料必須是上表中列出可降解聚合物，并可加入淀粉、纖維素等天然高分子或無機填料。目前海南省《名錄》中明令禁止聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等含有傳統(tǒng)塑料的成分的不可降解高分子材料作為一次性產(chǎn)品在海南銷售(見下表)。

▲ 海南省禁止生產(chǎn)銷售使用一次性不可降解塑料制品名錄（第一批）

 

03.如何判斷塑料是真生物降解？

 

實際上任何高分子材料，只要時間足夠都是可降解的。

 

因此，我們現(xiàn)所談及的可降解塑料指的是滿足降解規(guī)范要求的塑料。也就是說塑料產(chǎn)品屬不屬于可降解塑料，需要用科學檢測方法來驗證，這也是鑒定降解塑料真假李逵的有效辦法之一。

 

塑料制品的完全降解是一個復雜的物理、化學、生物過程，一般來說，塑料制品先在受到熱、氧、微生物等作用時，會首先變薄變脆，接著崩解成細小的碎片，此時高分子長鏈會斷裂成低聚物小分子，然后低聚物小分子被微生物進一步分解，將其中的碳從有機態(tài)向無機態(tài)轉化（礦化），并最終轉變?yōu)槎趸迹–O2）或/和甲烷（CH4）、水（H2O），這個過程被稱作最終生物分解(下圖)。

 

因此目前塑料降解性的檢測方法，主要是通過收集或測量材料最終生物分解過程中產(chǎn)生CO2或/和甲烷（CH4）的累積量，并通過檢測材料中總有機碳的初始含量來計算其釋放CO2或/和甲烷（CH4）的理論值，將二者的比值作為該塑料的生物降解率。

▲ 通過最終生物分解過程檢測塑料降解

為反映實際處置條件，可降解塑料制品一般被設計成在某種特定的條件下可降解，《指南》中梳理了對應不同類型降解塑料的測試方法（下表）。

▲ 不同可降解塑料的降解性能測試標準

目前，應用最廣泛的降解測試是可堆肥降解塑料中的可工業(yè)堆肥化測試（需氧）（如我國的GB/T 19277）。主流的可降解塑料，如聚乳酸（PLA）、聚對苯二甲酸/己二酸/丁二酯（PBAT）、聚丁二酸丁二酯（PBS）等，都需要在此條件下進行降解(下圖)。

▲ 世界各主要地區(qū)的可堆肥塑料技術要求與標準

塑料制品能在堆肥條件下降解并不能被認證為是可堆肥塑料，可堆肥塑料還需要能在相當速率下進行崩解，且不應有可見的、可區(qū)分的殘渣以及有毒殘留物。雖然不同標準有各自規(guī)定，但總體上大同小異，通常會包含以下主要內(nèi)容：

 

1）受控金屬及有毒元素

由于堆肥之后的產(chǎn)物是要繼續(xù)作為有機堆肥使用的，在測試中假定有50%的有毒物質從塑料進入堆肥中，因此塑料中的指標不能超過該地區(qū)堆肥規(guī)定指標的50%，如下表所示：

▲ 塑料中受控金屬和其他有毒物質的最大含量（GB/T 28206）

 

2）揮發(fā)性固體

揮發(fā)性固體是指將樣品的總干固體量（105℃干燥）減去樣品在550℃焚燒后剩下的殘留固體量，所得到的二者的差值，一般用于表征材料的有機物含量。由于可降解塑料制品中也可添加無機填料，但為了保證該產(chǎn)品主成分依舊是塑料，有些標準規(guī)定材料的揮發(fā)性固體應大于50%（或51%），該項目有時也被納入生態(tài)毒性。

 

3）生物降解性能

指在降解過程中材料中的有機碳轉化成CO2的量與其理論上完全轉化成CO2值的比值，測試周期最長為180天。一般對于可降解塑料的要求為降解率60%或90%，依標準而定。另一種衡量降解率的方式為相對生物分解率，以薄層色譜級纖維素為參比樣品，計算樣品與參比樣品降解率的比值，一般要求為不低于90%。

 

4）崩解性能

崩解性能是測定產(chǎn)品的最終形態(tài)的狀態(tài)下（如瓶、杯、膜、袋等）是否可以碎裂成不大于 2 mm的碎片，一般要求其大于2 mm碎片的干重不超過總干重的10%。有的標準可以用降解的堆肥裝置來測定，有的必須使用中試級的堆肥裝置（GB/T 19811）。

 

5）生態(tài)毒性

生態(tài)毒性用來測定樣品堆肥后是否會對動植物有毒性。一般是參照OECD 208的種子萌發(fā)實驗，將空白堆肥與實驗堆肥產(chǎn)物按一定比例同時加入種下種子的土壤中，考察加入實驗堆肥產(chǎn)物后的種子萌發(fā)率，并要求生長出的植物的生物質量大于空白堆肥的90%。有的標準還需要蚯蚓實驗。

 

可降解塑料的出現(xiàn)，被視為解決“白色“污染的利器而光環(huán)等身，但要真正發(fā)揮其作用還有很長一段路要走，畢竟，可降解塑料也是塑料！

 

為響應我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，推動生物降解塑料行業(yè)的發(fā)展，滿足企業(yè)對塑料產(chǎn)品可降解性能認證的需求，IQTC已建立了包含受控堆肥測試能力的生物降解實驗室，并已通過CNAS+CMA認可，認可范圍覆蓋歐盟EN 13432，美國ASTM D 6400，ISO 17088，國標GB/T 28206及海南地標DB 46/ T 505 – 2020等產(chǎn)品標準所要求的生物降解性測試。除此之外，食品級可降解塑料還需滿足食品接觸材料安全標準的要求，IQTC可為食品級可降解塑料提供食品接觸材料安全+生物降解性能評估的一站式、全供應鏈的測試及合規(guī)咨詢服務。

 

參考文獻

[1]趙鵬，閆旭, 海南全面“禁塑”倒計時（綠色家園）, 人民日報, 2020.

[2] 薛穎昊, 孫占祥, 居學海, 習斌, 靳拓, 賈濤, 可降解農(nóng)用地膜的材料研究與應用現(xiàn)狀, 中國塑料 34(5) (2020) 87.

[3] Europese Commissie, Report from the commission tothe European Parliament and the Council on the impact of the use ofoxo-degradable plastic, including oxo-degradable plastic carrier bags, on theenvironment., , 2018.

[4] DIRECTIVE (EU) 2019/904 OF THE EUROPEAN PARLIAMENTAND OF THE COUNCIL of 5 June 2019 on the reduction of the impact of certainplastic products on the environment, Official Journal of the EuropeanUnion  (2019).

[5] 降解塑料的定義、分類、 標志和降解性能要求, 2020. http://std.samr.gov.cn/gb/search/gbDetailed?id=B3E39CA209D44ADFE05397BE0A0A5F58.

[6] 云南省塑料行業(yè)協(xié)會, 云南省塑料行業(yè)協(xié)會關于批準發(fā)布《生態(tài)降解聚烯烴塑料袋》團體標準的公告, 2020. http://www.ttbz.org.cn/Home/Show/19751/.

[7] 關于開展海南省禁止生產(chǎn)銷售使用一次性不可降解塑料制品試點工作的通知. http://hnsthb.hainan.gov.cn/xxgk/0200/0202/hjywgl/trhjgl/202004/t20200403_2770808.html.

[8] 關于發(fā)布《海南省禁止生產(chǎn)銷售使用一次性 不可降解塑料制品名錄（第一批）》的公告. http://hnsthb.hainan.gov.cn/xxgk/0200/0202/hjywgl/trhjgl/202003/t20200320_2764481.html.

[9] R. Wei, W. Zimmermann, Microbial enzymes for the recycling ofrecalcitrant petroleum-based plastics: how far are we?, Microbial biotechnology10(6) (2017) 1308-1322.