氧化及生物降解技术和添加剂—P-Life介绍

摘要：生物降解添加剂P-life的性能介绍，P-life的用途，添加在塑料上对塑料性能和影响，P-life的降解原理，和其他解降方法的比较，降解测试。

关键词：P-life，生物降解，环保，食品认证。

二十世纪石化工业最大的成就即是为世界带来塑料文明，从此人类的食衣住行皆离不开塑料。1999年全球塑料生产量已到1.567亿吨，预测2020年全球塑料需求量将达到3.7亿吨左右。塑料制品使用数年之后必需丢弃，而废弃的塑料处理方式以日本而言，49%予以烧毁，41%予以掩埋，回收再利用的部分仅有10%。塑料在焚化炉中燃烧会产生难以估算的高热，缩短焚化炉的使用寿命，同时会产生多种有毒气体或物质危害人类的健康。掩埋的塑料长时间不易分解，并会释放可能搅乱人类内分泌系统的化学物质，而掩埋场的设置以及地盘安定性亦是棘手的课题。塑料回收再利用算是最配合环境保护的处理方式，但能源的耗费亦不可忽视。  

为了解决前述传统塑料所造成的环境污染问题，生物分解性塑料即应运而生。生物分解性塑料具有一般塑料的功能，而且使用后在自然界受到细菌、霉菌、藻类等微生物的作用，能逐渐分解成二氧化碳、水及其它无害的残留物质，不致对人类唯一的地球村带来污染。虽然微生物不容易分解聚烯烃化合物及芳香族高分子，但是只要时间够长几乎所有的含碳物质终究会分解。

中国大陆厂商是世界最主要的塑料袋生产供应者，2007年出口塑料袋约100万吨。大部分出口到欧洲和美国、日本的产品都要求使用环保和可降解材料。中国目前每天生产塑料袋30亿个，合共1万吨，目前虽还没有普及可降解塑料袋，但随着国务院下达《关于限制生产销售使用购物袋的通知》和今年即将出台的塑料袋可降解的法规以及塑料生产厂强制认证制度，中国开始进入可降解塑料袋的时代。

另外，涉及可降解塑料包括食品餐具及即弃容器，常用工业包装等，合共超过150万吨每年。而农用塑料涉及可降解塑料主要有地膜，育苗器等，2007年消费也达到了185万吨。

2005~2007年国内可降解塑料需求的年平均增幅达到27.8%。

P-Life全名为Programmable Life,意思是可编程及控制降解时间的树脂.作为一种添加剂的形式,通过加入量来控制塑料制品的降解时间,由此得名.来自美国特拉华州的可降解聚合物添加剂的专业公司：“Programmable Life Inc.”

用途：

在PP，PE，PS中加入 P-Life 添加剂可以决定塑料制品的降解时间，其催化物能使塑料制品产生自我化学性分解，今其物性丧失，并逐渐转弱而变脆分裂成低分子化，最终被微生物所分解而消失，使塑料制品被弃置后对环境的破坏趋向于零。可以用于吹塑，吸塑和注塑。可用于以下行业：

作用机理:

先从氧化生物降解机理说起,氧化-生物降解经历两个降解步骤,先是由内含的催化添加剂所引发的氧化降解过程,然后进行生物降解.通常,氧化-生物塑料经由一个与空气中的氧气发生的自由基的链式反应而降解,最初的产物是过氧氢化物,能成为一个热解或光解作用下的强氧化催化反应.使(塑料)分子链断裂并产生多种稍低分子量的氧化产物,例如羧酸,醇类,酮类和低分子量碳氢链.过氧化反应亦造成有利于微生物作用的亲水性表面结构,因此微生物可以易于进行对低分子量的氧化产物的生物吸收分解并产生生物量,二氧化碳,和水..另一方面,类似PLA,淀粉提取或填充类的聚合物,认为是水解-生物降解塑料,降解过程是首先进行水解降解,然后产物进行生物降解步骤.以上两种情况,降解都是先经由一个化学过程(氧化或水解)然后跟随一个生物降解过程的.

P-Life添加剂是属于氧化-生物降解的.

P-Life添加剂加入到传统型聚烯烃塑料(如PE,PP等)中,通过自然因素的促进发生自身化学性分解,令塑料的长链分子中引入易于氧化的活性基团,通过光氧分解作用,使大分子量的的聚合分子(例如分子量20万),断裂分解成中小分子量(例如2500-5000分子量)的一系列产物.而一般认为聚合分子量低于5000的聚合物易于被微生物吞食消解.

添加了P-life的塑料制品

垃圾处理↓阳光+热+氧气+水

                  氧化降解→分子量的氧化产物

                            ↓天然污垢或堆肥环境

                   生物降解或更小分子量氧化产物

使用方法:

视实际制品生产情况和降解时间要求,计算加入比例,一般在普通塑料中加入0.2%-3%即可,加入方法和混合色母粒一样.加入量过低容易造成混合不均匀,加入量过高容易造成制品表面过快降解而影响制品的正常使用.

由于加入量很低,而且P-Life添加剂也是可以与聚烯烃兼容的聚合物,所以制造出来的产品的机械强度,拉伸和透明度不会受到影响,这点在实际吹膜应用中效果尤其明显.也正好解决了多种其它非添加剂类的降解塑料所遇到的问题.

从成本核算上来看,添加少量的P-Life添加剂也只增加成本5%左右,而因此获得降解效果,也是同类产品中较低的。

产品特点：

1.产品寿命可控：添加了P-Life的降解塑料产品的使用寿命可以根据客户要求定制，通过使用不同的添加剂、比率和添加量可以定制塑料的降解时间。

2.加工工艺不变：与普通塑料产品加工工艺几乎完全相同。

3.产品性能不变：添加后不改变产品的物性，并且在降解开始之前在外观和性能上与普通产品没有区别。

4.成本不高：只增加3~5%，比其它降解技术低很多。

5.可再回收利用：含有P-LIFE的产品在降解开始之前可再回收利用。适用于生产过程中或消费者使用后，并且与现有回收系统兼容。

6.可降解：降解和生物降解研究证明含有P-LIFE的产品可以降解和生物降解。

7.无毒和无生态毒性。P-LIFE符合FDA认证。无生态毒性。含有P-LIFE的产品生物降解后完全没有生态有害残留物。

与其他技术的比较

1、可降解塑料的分类：

A、淀粉塑料：

在塑料中直接加入淀粉或淀粉衍生物或纤维素等植物粉末作为填粉，利用淀粉被生物分解使塑料达到崩坏,细微化等效果,并经由塑料的粉末化而有利于加速微生物分解。

B、生物塑料

以天然的低分子量生物分子聚合所得高聚物为基制得的，它们有热塑性的，也有热固性的。纯天然的分子聚合物能100%的氧化分解。这种高聚物的重要代表是聚乳酸（PLA）及甘油三酯聚合物。

C、使用添加剂降解塑料

加入高分子添加催化物能使塑料制品产生自我化学性分解，今其物性丧失，并逐渐转弱而变脆分裂成低分子化，最终被微生物所分解而消失。

2、P-life与其他技术的比较

如何验证氧化-生物降解塑料:

有一个针对性的标准,适用于各种氧化-生物降解塑料,就是ASTM D 6954: “环境中氧化和生物塑料的暴露实验”.在一个选定的模拟自然环境或加速进行的应用处理环境,(一般是土壤环境或堆肥环境),来进行测试,

其它标准,模拟堆肥环境,如ISO 14855, EN 13432, JIS K6953等..

以上几个方法都是测试二氧化碳的释放量来进行的.还有时间较快的方法,如ASTM G154 D3826拉伸测试.

参考了几个使用用户自行进行的测试,(公开的报告),如下:

1、拉伸测试:

(1),

方法:ASTM D3826

试样:0.03mm厚薄膜,材料:HDPE+2%P-Life添加剂母粒.

环境:50℃, UVA-340光源.

结果:试样在七日内抗拉伸强度下降47倍.

(2)

方法:ASTM D3826

试样:0.03mm厚薄膜,材料:LDPE+2%P-Life添加剂母粒.

环境:50℃, UVA-340光源.

结果:试样在五日内抗拉伸强度下降82倍.第七日检查样品已碎裂,不可测试.

2、生物降解试验:

方法:JIS K 6953:2000

试样:LDPE + 2%P-Life添加剂母粒.做成0.03mm薄膜.

对比样:MERCK纤维素.

模拟土壤环境.

结果:144天,录得二氧化碳释放量减去对比量后折合试样总碳量29%.试样消失.

3、食品安全试验:

方法: FDA 21 CFR 177.1520

溶出物试验.

以上测试数据来自:

香港生产力促进局材料科技部试验,索引:Job number:0507F020 / 0406F005

日本东京化学评估研究协会东京实验室聚合物技术部(Polymer Technology Department Tokyo Laboratory Chemicals Evaluation and Research Institute) Test Report No.152-05-A-0937

结论：

P-life在没需更换设备，不改变塑料物性，不太增加成本的情况下，简单地加入塑料中，使塑料的有了可控制性的降解性能，P-lifer的氧化生物降解塑料技术，能解决一直困扰人们多年的塑料污染的历史性难题。