可生物降解塑料行业及标准化现状浅析

朱天戈 杨勇

随着汽车、航空航天、电子电气、通讯、机械制造等行业的蓬勃发展，塑料材料凭借其质轻价廉、耐腐蚀、耐老化性佳、易加工等优点越来越多被人们广泛使用。我国是塑料树脂、制品生产和消费大国，仅2020年塑料树脂产量就超过1亿t，规模以上的塑料制品产量7 600多万t[1]。但与此同时，每年产生的塑料垃圾量也十分惊人，2019年，废旧塑料产量达6 300万t，而塑料制品完全降解通常需要200～500年[2]。为了解决大量塑料废弃后造成的环境和生态问题，我国陆续出台了多项政策治理白色污染。

早在2007年，我国就发布了《国务院办公厅关于限制生产销售使用塑料购物袋的通知》（即“限塑令”），在全國范围内禁止生产、销售、使用厚度小于0.025mm的塑料购物袋；2017年3月，我国又发布了《生活垃圾分类制度》，要求全国46个城市先行实施生活垃圾强制分类；自2018年海南省率先发布《海南省全面禁止生产销售使用一次性不可降解塑料制品工作领导小组的通知》起[3]，截至2020年底，4个直辖市以及28个省和自治区都公布了当地的一次性不可降解塑料制品限用实施方案，海南省更是于2020年12月起全面禁止不可降解一次性塑料购物袋及餐具。2019年《中华人民共和国土壤污染防治法》和《固体废物污染环境防治法（修订草案）》明确鼓励使用生物降解农膜、包装膜等制品[4]；2020年7月，国家发展和改革委员会（以下简称“国家发改委”）等9部门联合发布《关于扎实推进塑料污染治理工作的通知》，要求自2021年起全国几十个主要城市的商场、超市、药店等禁止使用不可降解塑料购物袋；2021年7月，国家发改委等部门又印发《十四五循环经济发展规划》，提出塑料污染全链条治理专项行动，积极推进可降解塑料的使用。

国际上，根据2019年联合国发布的“一次性塑料和微塑料的法律限制：国家法律和法规的全球审查”显示，已有127个国家和地区出台了法律法规限制一次性塑料和微塑料。非洲多数地区已经出台了一次性塑料管理制度。欧盟规定2021年起全面禁止欧盟国家使用吸管、餐具等一次性塑料制品[5]。法国从2020年起禁止使用一次性餐具，并要求碗碟杯叉等一次性餐具必须用基于生物的原料制作[6]。

可见，可降解塑料对一次性塑料的大规模替代已是大势所趋，特别是可生物降解塑料，由于其降解后的主要产物几乎全部为水和二氧化碳，因此被认为是解决白色污染问题的最有效手段之一。

1 可生物降解塑料的种类及行业现状

目前，全世界可生物降解塑料的产能大概在100万t左右，年增长率超过20%，预计到2025年，我国可降解塑料的需求有望达到260万t。

按其原料的来源，可生物降解塑料可分为生物基可降解塑料和石油基可降解塑料。生物基可降解塑料又包括天然可生物降解（如淀粉、蛋白质、纤维素、木质素等）和生物基合成材料，生物基合成材料又可以再分为微生物合成生物基材料〔如聚羟基脂肪酸酯（PHA）、聚羟基丁酸酯（PHB）等）〕和化学合成生物基材料〔如聚乳酸（PLA）等〕；石油基可降解材料一般为石油产品，如聚己内酯（PCL）、聚己二酸丁二醇酯-CO-对苯二甲酸丁二醇酯共聚物（PBAT）、聚乙醇酸（PGA）、聚丁二酸己二酸丁二醇酯（PBSA）等[7]。受篇幅限制，本文仅介绍几种目前国内市场主流的可生物降解塑料。

1.1 聚乳酸PLA

玉米等作物经提纯淀粉、糖化、发酵后得到乳酸单体，再缩聚就形成了PLA[8]。PLA具有良好的生物相容性能，无毒、无刺激性，特别是PLA机械性能及物理性能良好，易于加工成型，适用于吹塑、热塑等加工工艺，因此在可生物降解领域应用最为广泛。

2020年全球已建和在建企业的PLA产能为33.5万t，全球最主要的PLA生产商有美国的Nature Works，产能16万t；法国的Total与荷兰的Corbion合资设立在泰国的PLA工厂，产能为7.5万t；国内最大的PLA生产商安徽丰源生物年产为5万t；浙江海正年产约4万t。“十三五”期间国内PLA总产能为8万t，预计“十四五”期间国内PLA产能将超过330万t。

1.2 PBAT

通过将己二酸（AA）、对苯二甲酸（PTA）和丁二醇（BDO）缩聚反应可以制成PBAT。其中芳香基团提高了PBAT的机械性能，而脂肪族和酯键的存在可以在微生物的堆肥环境下被破坏，使其降解[9]。PBAT韧性良好，兼具耐热性和冲击性能，是可生物降解塑料研究中非常活跃和市场应用最好的降解材料之一。

从全球来看，意大利的Novamont公司目前拥有PBAT产能为10万t，德国巴斯夫（BASF）年产能7.4万t。国内新疆蓝山屯河化工股份有限公司的产能 为12.8万t/年，全球领先；金发科技年产能6万t。新疆望京龙新材料有限公司在建130万tPBAT项目，预计2022后投产，届时国内同期在建PBAT产能将达563万t。

1.3 PHA

PHA是一类家族材料，是由特定微生物（如贪铜菌）发酵合成的各种羟基脂肪酸酯的聚酯材料，可由再生资源生产，并被微生物再次降解[10]。PHA的单体结构有150多种，具有结构多样性、原料可再现性、可生物降解性和良好的生物相容性，是传统塑料的一种替代品。但其力学性能与普通塑料比尚有差距，且价格较PLA也贵一些，因此应用受到了一定限制[11]。

全球范围内PHA主要的生产企业包括德国Biomers、日本钟化（Kaneka）、美国Danimer、天津国韵生物科技有限公司（以下简称“天津国韵”）、北京蓝晶微生物科技有限公司等。其中，日本Kaneka主要生产PHBH，属于PHA的一种，2020年产能为2万t；天津国韵现有年产1万t生产线；2021年4月，蓝晶微生物成立子公司江苏蓝素生物材料有限公司，建设年产25 000t产业化项目。

2 可生物降解塑料标准化现状

目前，可生物降解塑料在日本、美国和欧洲发展得较为成熟。日本在 1989年成立了日本可生物降解材料协会（BPS），主要从事可生物降解塑料技术的推广和促进可生物降解塑料的商业化应用。1994年，BPS制定了一个工业方法标准JIS K6590，ISO正是在此标准上制定了ISO 14851。美国最初从事生物降解材料测试方法、推广和技术发展工作的是生物降解制品研究所（BPI），后与美国材料协会（ASTM）的塑料技术委员会（D20）成立了环保可降解塑料和生物基材料分委会（D20.96）。比利时、德国、芬兰等国也都分别制定了各自生物降解材料的标准。德国曾在卡塞尔市进行了可堆肥化生物降解材料应用试验示范项目，并通过这些项目及大量试验，发布了全生物降解材料堆肥能力检测的标准DIN V54900，ISO则在此标准上制定了ISO 14855[12]。

下文分别对国家标准、ISO标准和ASTM标准体系作出介绍。

2.1 国家标准体系

国内可生物降解塑料的国家标准主要归口单位为全国生物基材料及降解制品标准化技术委员会（SAC/ TC380）。目前其发布实施的测定材料生物降解能力的方法标准主要包括：GB/T 19811、GB/T 19276.1和GB/T19276.2等9个，均转化自ISO标准；此外，GB/T 28206为可堆肥塑料的技术要求，转化自ISO 17088。

在政策推动下，可生物降解塑料产品近些年发展较快，带动了国内产品标准的数量提升。据不完全统计，国内与可生物降解相关的原料、产品的国家标准、行业标准等超过40个。产品标准的技术要求差异较多，例如部分标准采用绝对生物分解率，而另一些则采用相对生物分解率。指标设定上，与美国、欧洲多采用90%以上生物分解率不同，我国的绝对生物分解率多为60%，而相对生物分解率多采用90%，推测这可能与参考的国际标准有关[13]。

与ISO标准不同，我国标准体系涵盖了很大部分的产品标准。随着2021年可降解材料制品的增多和新材料的出现，我国标准体系还需要进一步补充和修订。例如，缺少 PGA、PBST等可降解塑料树脂的产品标准；此外，GB/T 35795-2017作为可生物降解农用地膜的产品标准，与ISO 23517中对可生物降解农用地膜的要求内容有较大差异，也可考虑修订时进一步统一。

2.2 国际标准化组织（ISO）标准

国际标准化组织的环境领域技术分委会，即ISO/TC61/SC14，其秘书处设在德国，主要负责塑料环境和耐久性相关的标准化工作，下设5个工作组，其中WG2专门从事可生物降解相关标准的制修订工作。除此之外，SC14分委会的工作领域还包括生物基塑料、碳足迹、微塑料、废物的有机、机械和化学回收等。目前，SC14发布实施的标准共33个，其中已发布可生物降解相关标准占大多数，共21个，如表1所示。

在这些标准中，除ISO 17088、ISO 22403和ISO 23517这3个标准外，其余都是方法标准，主要是根据不同降解环境和生物有氧与否条件下材料分解能力的不同测定方法。我国已转化发布包括ISO 17088在内的10个标准，另有4个标准正在转化编制中。

2.3 ASTM标准

如前所述，美国材料协会中负责制定可生物降解材料相关标准的是环保可降解塑料和生物基材料分委会（D20.96），在此基础上，近年来，在D20.96基础上又进一步成立了4个分委会，分别是材料成分溯源（D20.96.11）；自然环境降解/生物降解（有氧/厌氧）（D20.96.12）；人工环境有氧降解/生物降解（D20.96.13）和人工环境厌氧降解/生物降解（D20.96.14）。目前其发布的活跃标准共17项，如表2所示。

17个标准中有标准实施规程5个，主要规定了可降解材料光降解、湿热老化等试验的标准操作程序；标准规范2个，标准指南1个；其余9个为方法标准，主要包括堆肥化条件下降解塑料有氧降解的测定方法，土壤中塑料有氧生物降解的标准试验方法，垃圾填埋条件下塑料的有氧和厌氧生物降解测定方法等，也有在海水环境中采用特定微生物或天然海水进行有氧降解的方法等，内容与ISO标准体系大体相似。

4 结语

随着我国“双碳”目标的提出以及绿色发展的加快推进，大批可生物降解塑料生产项目已陆续上马，可以预见，已发展三十余年的可生物降解塑料必将迎来新一轮的快速增长。在购物袋、垃圾袋、地膜等应用领域，可生物降解塑料将获得更大份额。在标准体系方面，我国已建立了初具规模的检测方法和产品标准体系，建议继续完善相关标准的研究和制修订工作，推进我国可生物降解塑料的可持续发展。

10.19599/j.issn.1008-892x.2021.06.006

参考文献

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[3] 金叶子.升级版限塑令实施9个月：政策持续加码，“塑料之乡”转产[N].第一财经日报，2021—09—17（A07）.

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[11] Li Zibiao，Yang Jing，Loh X J.Polyhydroxyalkanoates：opening doors for a sustainable future[J].NPG Asia Materials，2016，8（4）：265—265

[12] 翁云宣.国内外生物降解材料标准现状[J].中国塑料，2002（4）：72—76.

[13] 朱佳欢，石鎏杰，孙梦捷.浅析国内可降解塑料产品降解性能评价体系[J].轻工科技，2019，35（4）：43—45.