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編者按：2023年5月起，“學(xué)習(xí)強(qiáng)國”學(xué)習(xí)平臺與中國科學(xué)報社聯(lián)合發(fā)起“科學(xué)家回信”活動，邀請廣大讀者向自己心中向往尊敬的科學(xué)家、科技工作者提問、留言。活動啟動后，“學(xué)習(xí)強(qiáng)國”“科學(xué)網(wǎng)App”收到了讀者的踴躍留言。我們精選了讀者王逸一的提問，請中國科學(xué)院化學(xué)研究所研究員、中國科學(xué)院大學(xué)化學(xué)學(xué)院教授張軍發(fā)出第四十八期回信。
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讀者王逸一：在降解塑料方面，有何新進(jìn)展？
張軍：塑料曾被譽(yù)為“20世紀(jì)最偉大的發(fā)明之一”，在當(dāng)今社會的方方面面具有廣泛的應(yīng)用，如家電、汽車、玩具、各種家居用品等工業(yè)和民用領(lǐng)域。但大量的塑料制品在使用后，并沒有被有效回收，因此，越來越多的廢棄塑料進(jìn)入人類環(huán)境，形成了日益嚴(yán)重的“白色污染”和微塑料問題。尤其是微塑料，已成為近年來全球關(guān)注的環(huán)境問題。
開發(fā)并使用在環(huán)境中可降解的新型塑料，代替不可降解的石油基塑料，可以減輕白色污染和微塑料的影響。從20世紀(jì)中葉起，科學(xué)家就開始尋找降解塑料的方法。最開始的方法是光降解，后來是光與生物雙降解（包括氧化降解），但都無法根本解決塑料的降解問題，甚至有些方法還會產(chǎn)生嚴(yán)重的微塑料污染。近二十年來，人們開始聚焦全生物降解高分子材料，希望這類材料能徹底解決塑料帶來的環(huán)境污染問題。
生物降解高分子材料是指在一定條件下和一定的時間內(nèi)能被微生物降解的高分子材料，理想情況下，最終降解為無害的單體或二氧化碳和水。根據(jù)來源來分，生物降解高分子材料主要包括兩類：一類是天然的高分子材料，另一類是人工合成的生物降解高分子材料。
天然高分子是由自然界生物體制造出來的，如纖維素、淀粉、甲殼素、蠶絲、天然橡膠等，絕大多數(shù)天然高分子都是可生物降解的。科學(xué)家的研究目標(biāo)是如何經(jīng)濟(jì)、高效地把天然高分子原料加工成塑料制品，并使其具備塑料的性能。纖維素是世界上最豐富的天然高分子，是植物的主要成分，纖維素已經(jīng)被用于制造包括薄膜、纖維紡織品和各種紙基包裝材料在內(nèi)的一系列產(chǎn)品。
人工合成的生物降解高分子，是指采用特殊結(jié)構(gòu)、可聚合的小分子單體為原料，通常在催化劑的幫助下，經(jīng)聚合反應(yīng)得到的高分子化合物。按產(chǎn)量計(jì)算，人工合成的生物降解高分子最主要的品種是聚乳酸（PLA）和聚對苯二甲酸-己二酸丁二酯（PBAT）。其他常見的生物降解塑料還有聚丁二酸丁二酯（PBS）和聚羥基烷酸酯（PHA）等。
上述人工合成的生物降解塑料具有如下特點(diǎn)：首先，它們是安全無毒的，可廣泛應(yīng)用于民生和工業(yè)領(lǐng)域；第二，它們的機(jī)械性能和物理性能良好，且和傳統(tǒng)塑料一樣加工方便，可采用擠出、注塑、吹塑等常規(guī)塑料的各種加工方法去成型；第三，具有在環(huán)境、人體內(nèi)的可降解性，這是傳統(tǒng)石油基塑料所沒有的性能。
近年來，在國家雙碳政策和一系列限制塑料使用的政策法規(guī)推出后，國內(nèi)生物降解塑料產(chǎn)業(yè)取得快速發(fā)展，我國各種生物降解塑料的產(chǎn)能已經(jīng)占世界60%以上。目前，生物降解塑料主要應(yīng)用于快遞包裝、一次性餐具、購物袋及其他產(chǎn)品（如農(nóng)用地膜）。另外，生物降解塑料在生物醫(yī)用領(lǐng)域也有重要應(yīng)用，如人體組織和器官修復(fù)材料、可降解支架、免拆線的手術(shù)縫合線等。對于一些高科技產(chǎn)品，如柔性智能可穿戴電子產(chǎn)品、電子皮膚等，生物降解塑料往往是首選材料，如纖維素和絲蛋白材料等。因?yàn)樯锝到獠牧弦馕吨熬G色、環(huán)保、安全”。
生物降解塑料的發(fā)展也面臨一些挑戰(zhàn)，其應(yīng)用領(lǐng)域和市場規(guī)模還很有限。主要存在如下問題：
（1）與傳統(tǒng)石油基塑料相比，生物降解塑料的成本偏高。未來要靠多方面舉措來降低產(chǎn)品價格，如進(jìn)一步發(fā)展新技術(shù)和新工藝，提高生產(chǎn)效率、擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模等。
（2）技術(shù)上而言，目前生物降解塑料的性能還需要進(jìn)一步提高，如在很多應(yīng)用場合，需要塑料制品除了具有良好的力學(xué)性能外，還需要具有耐水、耐油、耐熱等性能，且在使用過程中需保持性能穩(wěn)定，這往往是生物降解塑料性能上不盡如人意的地方，這都是需要科學(xué)家未來逐漸解決的問題。
最后需要強(qiáng)調(diào)，科學(xué)家開發(fā)了生物降解塑料，并不是鼓勵人們養(yǎng)成“用即棄”或“隨意丟棄”的消費(fèi)習(xí)慣。塑料的可持續(xù)發(fā)展需要綜合考慮與多舉措并重，包括：鼓勵塑料的回收與再利用（物理和化學(xué)途徑）、在不同領(lǐng)域的適當(dāng)使用、在某些領(lǐng)域的減量使用、基于可再生資源的塑料的開發(fā)、開發(fā)按需降解的新型塑料、開發(fā)易于回收的新型塑料等。在諸多不易或不宜回收的領(lǐng)域，如一次性醫(yī)衛(wèi)材料和一次性包裝材料，生物降解塑料的使用可能是最佳方案，是減少塑料污染的重要措施。
塑料污染問題事關(guān)全人類，不僅僅靠國家和企業(yè)去解決，還依賴于全民意識和行動。為了守護(hù)綠水青山，我們可在日常做好垃圾分類和塑料回收，在某些一次性消費(fèi)場合有意識地選擇生物降解塑料制品，這些小習(xí)慣都有利于減少塑料污染，是我們每一個人都能做到的事情。
責(zé)任編輯：賀治瑞
