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中国邮政报绿色包装专访

发布时间:2021-09-23

 寻找一抹绿

       7月7日,国家发展改革委印发《“十四五”循环经济发展规划》。其中“快递包装绿色转型被列入六大重点行动之一,从包装减量化、快递包装绿色产品认证、可循环快递包装应用等方面提出了要求。近年来,邮政快递行业吹动“绿色之风”,相继实施9571”“9792”“2582”工程,快递运单小了,胶带瘦了,纸箱薄了,油墨减了,可循环箱应用多了,绿色正成为行业中最亮丽的颜色。

       本期《实验室》记者带大家一超走进上游包装领域,了解世界前的绿色包装技术和产品,了解回收包装体系的搭建和运行,了解这些产品或体系在助力行业绿色化减量化、可循环发展方面的可行性及成效。


  跨界,一项全新的降解发明

   “在七八年前,我认为这是完全不可能的!直到最近两年,我对这项成果才有了信心。”走进华东理工大学材料学院的实验室,长期从事高分子材料、改性材料、降解材料研究的汪济奎教授告诉记者,与目前市面上存在的可降解工艺不同,格域主导研发的厌氧生物降解技术已取得突破性进展,经权威实验室检测,在自然条件下2年降解率达到80%以上,3年降解率可达90%以上。同时,其大规模量产后成本与传统塑料基本持平。如何做到降解效率和成本效益兼得?这项降解技术和工艺是如何得来的?


“异想天开”+跨界创新

   “2008年6月1日,我国限塑令发布。这是我创业的起点,从那一天开始,我下定决心要在绿色包装领域做出一个“世界第一”的项目。”在2013年7月成立公司之前,格域包装创始人CEO唐成曾用5年时间来“异想天开”寻找科学依据和灵感。

      据了解,市面上可降解塑料的降解方式主要有两种,一种是光、氧降解,一种是生物降解。光、氧降解塑料主要通过在传统石化材料中混入添加剂,使其在光照或高温条件下加速破碎裂解,近年研究发现此类降解塑料在可控时间内无法完全降解,短时间内自然残留成分仍然较多。生物可降解塑料废弃后在特定条件下可以快速被微生物分解为二氧化碳+水或者甲烷+二氧化碳,进入生物圈的物质循环系统不再产生环境危害,是目前塑料降解最具前景的方向。

      目前,生物可降解塑料种类已超20种,可根据原材料来源和合成方法分为石化基和生物基。石化基包括PBS(聚丁二酸丁二醇酯),PBAT(聚对苯二甲酸-己二酸丁二醇酯)和PVA(聚乙烯醇)等,生物基包括PLA(聚乳酸)、淀粉基塑料和PHA(聚羟基脂肪酸酯)等。欧洲生物塑料协会(EuropeanBioplastics)发布的最新市场数据显示,全球生物塑料产能将从2020年的约211万吨增至2025年的约287万吨,其中,包括PLA、PHA、淀粉共混物等在内的所有可生物降解塑料仍占全球生物塑料产能的近60%。

      各类可降解塑料的性能各有优势,PLA具有较好的耐热性,在常温下性能稳定,光泽性较好,但韧性差,气体阻隔性一般;PBS和PBAT具有较好的力学性能和韧性,加工性能和热稳定性高,但强度低,光泽性一般;PHA具有较好的气阻性和耐热性,但断裂伸长率较低,韧性较差;淀粉基塑料加工性能和力学性能一般,缺点在于耐水性差。在已实现商品化的PLA、PBAT、PBS和淀粉基塑料中,常用PLA+PBAT、PLA+PBS或PLA+淀粉基塑料的共混组合,在提高吹膜加工性的同时又不损害其可生物降解性,目前PLA和PBAT的应用前景最好。

      在唐成眼里,这些方案都不是最佳的“第一”方案。作为一名曾经的工程师,唐成最先从污泥的厌氧消化设计工艺中找到了灵感的源头“伯力特( Bryant)、伯兹伟尔( Buswell)和莫拉(Mueller)通式给了我很天启发。”他介绍,伯力特(Bryant)等人在1979年根据微生物生理种群提出了厌氧消化的三阶段理论,在不同阶段中,水解与发酵细菌、产氢产乙酸菌等不同种类微生物发挥作用,使得污水污泥得以分解和消化。此外,他还从潜艇电化学腐蚀电场特性和牺牲阳极阴极保护系统、中医“药引”改善生态技术原理、酒酿过程中催化剂对厌氧微生物及酶影响等研究中受到启发—如果在塑料中融入化学、微生物学、生物化学或电化学领域的技术或工艺,是否可以达到类似于污水污泥处理的可降解效果?       

       为了验证这个“异想天开”猜想的可行性,唐成召集了相关领域的科学家一起进行探讨,前面提到的汪济奎教授就是其中的一位。就这样,由10多位核心成员组成的产学研团队从2013年8月开始与格域合作,进行厌氧生物降解的研究。在华东理工大学材料学院的实验室里,记者看到了类似糯米大小的椭圆白色颗粒。汪济奎教授介绍,这就是由益菌材料和厌氧促进剂等组成的材料因子。在塑料产品生产过程中,只要在普通塑料基材中添加微量该材料因子,通过传统的生产工艺把材料因子植入到塑料结构中即可形成降解材料。而当这些降解材料构成的塑料产品被使用结束后,被丢弃在野外被埋在土下或在适宜的厌氧环境条件下,自然界中特定的多种厌氧菌群系列被集聚激活,与材料因子中的益菌材料产生反应形成新体及厌氧酶,在厌氧促进剂的作用下厌氧酶加速工作,强大稳定的塑料分子堡垒被打开,高分子材料通过水解和发酵降解为中分子材料,中分子材料在相关厌氧菌群的作用下降解为小分子材料和二氧化碳,小分子材料在特定的厌氧菌群的共同作用下降解为甲烷。在自然条件下2年降解率达81.3%,降解产物为甲烷、二氧化碳和少量的矿化无机物质。在这个过程中,影响降解效率的主要因素除配方外,还有含氧率、温度和pH值等。

      在北京中科光析化工技术研究所网站上,记者找到了“81.3%”的数据来源。这份测试报告模拟了2年时间段的降解环境,生物降解率的红色曲线显示,在20次采样时生物降解率已经达到80%以上。“如果时间更久一些,预计降解率可达90%以上。这一系列厌氧降解材料及其制备方法的发明专利正

在加急审查中。”唐成向记者介绍,目前格域已申请专利近50项,正向着他的“第一”目标迈进。


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