可降解膜的研究現(xiàn)狀及展望

可降解膜的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

1.可降解膜的現(xiàn)狀

近年來已經(jīng)進(jìn)行過農(nóng)田應(yīng)用試驗(yàn)的可降解膜大致有以下幾種:①植物纖維(又稱草纖維)地膜;②紙地膜;③淀粉地膜;④光降解地膜;⑤光和生物降解地膜，而能夠?qū)嵱玫膭t是光降解、生物降解和生物雙解地膜。光降解技術(shù)主要有兩種:合成型和添加型，前者是在聚烯烴聚合時(shí)在其主鏈上引入某種光增敏基團(tuán)，如ECO共聚物， 乙烯單體共聚物等;后者則是在聚合物中添加具有光增敏作用的化學(xué)助劑，過渡金屬絡(luò)合物等。生物降解主要分為淀粉填充型和人工直接合成型兩類，從資料報(bào)道看"，我國(guó)的生物降解研究幾乎全部集中在淀粉填充型。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前從事降解塑料科研、生產(chǎn)和應(yīng)用試驗(yàn)的單位有100個(gè)左右，研究的方向有光降解、淀粉基生物降解、光- -生物降解、纖維素生物降解及微生物合成脂肪族聚酯降解等，均取得了一定程度進(jìn)展。

2.可降解膜的分類

2.1光降解地膜

由于太陽(yáng)光照是最廉價(jià)的引起降解的能源，因此，光降解地膜得到競(jìng)相開發(fā)。對(duì)光降解可控性的試驗(yàn)結(jié)果表明5)，調(diào)節(jié)光敏劑的用量，可粗略地調(diào)控地膜的光降解誘導(dǎo)期,但較好的方法是采用穩(wěn)定降解型控制劑和協(xié)同降解型控制劑。可控光降解地膜的特點(diǎn)是:在完成農(nóng)作物生長(zhǎng)周期后迅速降解。光降解膜的降解過程擬以兩個(gè)途徑同時(shí)存在或交錯(cuò)進(jìn)行41:有膜→光解→無膜和有膜→微生物降解→無膜。

光降解地膜要求在使用期后迅速降解,使它的分子量小到足以被土壞中的微生物降解，但就目前的研究表明0)，要達(dá)到這一 要求技術(shù)尚不成熟。據(jù)外國(guó)科學(xué)家十年的研究試驗(yàn)結(jié)果6:光降解后的PE雖可被細(xì)菌分解，但分解時(shí)間很長(zhǎng)，光降解產(chǎn)物從發(fā)生生物降解到完全還原進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)需要50年以上時(shí)間。光降解膜雖已進(jìn)入實(shí)用階段，但埋在土壤里的部分時(shí)間得不到光照，很難降解。據(jù)山西農(nóng)科院棉花研究所試驗(yàn)[5),埋入土中的光解膜人為出土后，繼續(xù)曝曬，仍能降解;光解產(chǎn)物對(duì)土壤礦質(zhì)元素的含量無明顯影響，對(duì)土壤其它方面影響也較小，未發(fā)現(xiàn)有害物質(zhì)產(chǎn)生。據(jù)1993年的農(nóng)田試驗(yàn)表明2)，光解地膜的環(huán)境評(píng)價(jià)與普通地膜比較具有降低土壤污染、水體污染及自然景觀污染三大優(yōu)點(diǎn)。

2.2生物降解地膜

生物降解與光降解有一定協(xié)同關(guān)系，當(dāng)PE光降解的分子量降到5000左右時(shí)，用釋放的C02來衡量，PE的生物降解率可達(dá)70%左右。

由于生物降解不會(huì)污染環(huán)境，所以近年來受到各方面的重視。目前淀粉添加PE型生物降解塑料的開發(fā)比較普遍，但PE根本不是所謂的生物降解塑料，微生物只是從淀粉

一-PE 體系中的PE表面移走了一部分淀粉而已，殘留的PE膜仍以一種低強(qiáng)度的多孔結(jié)構(gòu)的形態(tài)繼續(xù)存在6，且淀粉的加入對(duì)PE膜的力學(xué)性能影響較大，加工條件苛刻,因而單純的淀粉填充型PE生物降解膜，由于其不完全降解性，用途受到很大限制。所以在這方面仍需進(jìn)一步攻關(guān)， 其方向是將淀粉改性成熱塑性淀粉，把注意力轉(zhuǎn)移到開發(fā)可完全降解的淀粉基塑料和可生物降解或可水溶(如PVA)的降解塑料合金母料上來。

2.3生物雙解地膜

鑒于光降解和生物降解的不完全降解性和不能徹底解決環(huán)境污染問題，應(yīng)用采可控一生物雙解地膜,它是近年來發(fā)展的一種較理想的新型降解地膜，能結(jié)合光和生物的降解作用達(dá)到較完全降解的目的，到目前為止仍無明確的術(shù)語(yǔ)定義圖。PE進(jìn)行光降解到一-定程度時(shí)，地膜中那些有利于生物活性的化合物很易被真菌、細(xì)菌吞食，發(fā)生微生物降解。這種膜使用--年后，在土壤中應(yīng)碎成1平方厘米以下的小塊，兩年后應(yīng)全部粉化。這種膜所用的助劑應(yīng)對(duì)作物生長(zhǎng)無毒無害，降解產(chǎn)物對(duì)土壤無污染。雙解膜的特點(diǎn)是在農(nóng)作物生長(zhǎng)期內(nèi)其力學(xué)性能良好，完成該周期后則迅速降解，到一定程度后再由微生物降解，埋土試驗(yàn)結(jié)果表明B)，含淀粉的生物降解地膜比單純的光或生物降解地膜具有較好的自然同化作用，只是含淀粉的雙解膜在制備工藝上還存在一些問題。普通PE地膜與生物雙解地膜的性能比較圖1。

把圖1分成A、 B、C3個(gè)區(qū)域。A區(qū)域:兩種膜的機(jī)械性能沒有什么區(qū)別，基本保持不變，這主要是通過控制加入的抗氧劑濃度來實(shí)現(xiàn)。B區(qū)域:雙解PE膜迅速降解,力學(xué)性能大幅度下降。這是光降解部分，主要是通過加入光敏劑等助劑來達(dá)到;而普通PE膜的力學(xué)性能在這個(gè)區(qū)域仍是緩慢下降。C區(qū)域:當(dāng)光降解到點(diǎn)“X”時(shí)(一般認(rèn)為此處地膜的延伸率喪失95% )，再由微生物降解，直到與土壤同化，最終產(chǎn)物是二氧化碳和水。這--部分是生物降解部分，主要通過添加生物降解母料來實(shí)現(xiàn);而同期普通PE膜卻達(dá)不到生物降解的程度。

目前我國(guó)生物降解塑料的研究水平可與國(guó)外先進(jìn)水平相當(dāng)。但是由于缺乏統(tǒng)一的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法，要生產(chǎn)出完全符合農(nóng)業(yè)要求、符合環(huán)保要求的地膜還需進(jìn)一步努力和實(shí)際驗(yàn)證。

3.可降解膜存在的問題

3.1光降解膜存在的問題

光解膜當(dāng)前存在的主要問題是埋土部分的降解情況，需進(jìn)一步攻關(guān)。光降解地膜主要采用合成樹脂中加入光敏劑的方法使之降解。在自然光下可自行降解，但埋土部分不降解，而且降解后碎片不易繼續(xù)分化或被土壤同化，污染土壤問題仍未得到根本解決。另外成本較普通膜高，使推廣應(yīng)用受到限制。

3.2生物降解膜存在的問題

生物降解膜其添充的材料中大多是淀粉、纖維素可以代替石油:一方面由于其可以完全降解，具有環(huán)保意義;另一方面在當(dāng)今石油短缺的情況下其可完全代替石油。因此生物降解地膜在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)為首選，但我國(guó)多數(shù)采用纖維素來制膜，存在加工困難、力學(xué)性能和耐水性能差的問題，無法加以推廣和應(yīng)用。

3.3生物雙解膜存在的問題

雙降解地膜不但有生物降解地膜已有的特性，還向其膜內(nèi)填充了光敏劑，地面部分主要引入光降解技術(shù)，埋土部分引入生物降解技術(shù)。用后無論埋土部分還是地面部分，均可降解。盡管地面和埋土部分降解速度還不完全相同，但埋土部分已降解到不影響下季耕作的水平，并能稍后進(jìn)一步被土壤所同化。與普通地膜相比，雙降解地膜已基本做到能消除殘膜危害，同時(shí)因?yàn)樵摷夹g(shù)符合中國(guó)國(guó)情、成本可以接受,應(yīng)當(dāng)加以推廣應(yīng)用。然而雙降解地膜也有其局限性，農(nóng)業(yè)氣候、自然條件及作物的多樣性，加大了降解地膜的降解可控難度。

4.可降解膜發(fā)展趨勢(shì)

隨著，人類社會(huì)對(duì)環(huán)境問題認(rèn)識(shí)水平的不斷深化，解決廢棄地膜造成的“白色污染”建立環(huán)境友好性社會(huì),建立人與環(huán)境的良性互動(dòng),唯--的辦法就是推廣應(yīng)用可降解地膜。而其中生物雙降解地膜的發(fā)展及推廣尤為重要。雙降解地膜的研究，是今后我國(guó)地膜產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，也是發(fā)展可持續(xù)性農(nóng)業(yè)的必要前提。