季君晖团队发明海水降解塑料，解决世界性难题！

生物降解材料研究院原创报道，近日，中科院理化所季君晖公布，该团队研发了一种海水降解塑料，有望切断海洋塑料污染。这种新型降解塑料是在PBS或PBAT的主链中引入易水解片段，如PBS-GA、PBS-LGA、PBA-GA、PBA-LGA、PBAT-GA、PBAT-LGA等一系列生物降解塑料。

中科院院士江雷指出，普通塑料降解困难是因为分子之间的化学键很难被微生物降解，而这种新型的海水降解塑料是一个重大突破，降解了世界性的难题。

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季君晖：PLA、PBAT、PBS在海水中很难降解

11月17日，在海南召开的《2020中国生物降解树脂研讨会》上，中国科学院理化技术研究所研究员、工程塑料国家工程研究中心主任季君晖发表了《禁塑令下PBS/PBAT的研究进展和发展现状》的报告，报告中指出发展海洋降解塑料，切断海洋塑料污染途径，才能为人类拯救海洋赢得时间。

季君晖团队研究了部分降解塑料（PCL、PBS、PBAT、PLA）在海水中的降解情况都不是很理想：PLA在海水中基本不降解，PBAT、PBS一年失重不超过3%。分析降解塑料在土壤中和在海水中的降解情况对比，发现生物降解塑料的降解动力来源在于微生物。

备注：第二例中的103更改为10³，109更改为10⁹

但是土壤中的微生物量很大，海洋中的微生物的量非常非常少；主要是因为海水盐度高、海水环境中微生物的的平均分布远比土壤中低得多。因此，目前很多生物降解塑料能在土壤中降解并不一定能在海洋中降解。

要想设计出既能在土壤中降解又能在海水中降解的全自能自然降解材料，可以通过材料的体系构筑来实现。

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海水降解塑料：在PBS、PBAT主链中引入易水解片段

海水降解材料体系构筑即共聚合成分子/两相结构设计包括：非酶水解和生物降解。在生物降解聚酯主链中引入易水解片段、设计构筑新型海水可降解共聚酯，将非酶水解与生物降解结合，利用快速非酶水解加速非酶水解和聚酯长链向短链的解聚，进而诱导加强材料后续生物降解及矿化过程。

季君晖团队根据性能不同，开发了一系列（PBS-GA、PBS-LGA、PBA-GA、PBA-LGA、PBAT-GA、PBAT-LGA）性能方面能够有一定应用的结构，根据结果显示就：实验室模拟海水降解、西沙降解现场、渤海取样的降解情况都比较好。

“进行海试是为了研究不同高分子材料在不同海洋环境中保持性能不显著降低的时间(即以后产品可能的使用寿命)，降解消失速度如何，以此判断塑料性能，以便开发应用。”季君晖说。

目前海水可降解塑料海试工作取得了海水可降解塑料制备的初步成果，接下来就要解决工程技术问题，为产业化示范做准备。据海口日报今年6月份的报道，海水降解塑料已经在海南进行中试。

季君晖预测，在全球环保政策的推动下，降解塑料迎来了黄金发展期。

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海水降解塑料，解决世界性难题

2020年11月17日，CCTV-1的《生活圈·院士说科技》栏目也报道了季君晖团队研发的这种海水降解塑料。

季君晖介绍，这种新型降解塑料既可以在土壤里降解，又可以在海水中降解，一毫米厚度的薄膜大概3个月可以降解，（其他厚度的样条）大概15-20个月可以降解掉。

在恒温恒湿箱里浸泡了40天之后，塑料样条的表面已经有少量的气泡聚积，说明已经开始降解。

在模拟海水里浸泡2个月之后，塑料样条与新的比起来，有了显著的差异，塑料样条很容易折断，说明在海水中已经开始降解了。

在南海真正的海水里浸泡10个月到一年时间，塑料样条已经很脆很脆了，轻轻一揉就变成粉了。再浸泡一段时间之后，塑料样条会变成像油一样的东西，之后再往下降解就变成水和二氧化碳。

中国科学院院士、无机化学家江雷表示，普通塑料在化学合成中形成的化学键，很难被微生物降解。日常会有大量的陆地塑料进入海洋，规模达到几亿吨，甚至形成塑料岛。这是一个世界难题，对海洋生物以及全人类的生活安全都是一个重大的威胁。

江雷指出，海水降解塑料是一个非常重要的突破，未来用这种工艺制造塑料制品，就可以解决新增的海洋塑料垃圾的消化和分解问题。

从实验室土壤降解试验的命名编号来看，包括PB21、PB22、PB23、PB32、PB33、PB34、PB35、PB39、PB40、PB79、PB81、PB0509等。

监制：中科院工程塑料国家工程研究中心

生产：台州中科瓯华新材料科技有限公司

公司：海南众联华泰环保科技有限公司

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其他海水降解材料的研究

针对海水降解材料，小编查阅了相关研究性的文献，整理如下。

1）聚乳酸/淀粉复合材料在海水中的降解

2009年11月，陈晓蕾等在《海洋渔业》期刊上发表了一篇《聚乳酸/淀粉复合材料在海水中的降解性能》。

试验水体：海水盛放于玻璃水缸中，以刻度线记下水面高度，由于海水的不断蒸发 ，采用补加清水的方法维持水面的高度，以保持海水的盐度，通过冷水机冷却或暖管加热使海水在整个实验过程中维持在25℃，海水每半个月更换一次 。

试验过程：将购买的聚乳酸/淀粉原料于100℃下干燥24h，随后在注射机(宁波海天塑机集团，HTF86/TJ型号)上注射成型。

将制备的聚乳酸/淀粉复合材料样条浸泡在海水中进行降解实验，样品距离水面的距离为8cm, 每个月固定时间取样，对其各项性能进行表征和研究。

实验表征微观形貌：开始复合材料降解前断面结构密实、无孔洞。随着降解时间的延长，在海水中降解8个月的SEM照片显示孔洞明显增多，出现深凹的大坑洞。海水中降解不同时间的PLA/淀粉复合材料的断面电子显微镜照片

分子量测试：由图可知，随着在海水中浸泡时间的增加，聚乳酸/淀粉复合材料的 Mn，Mw和Mz均减小，同时分子量分布也变小。

在海水中不同浸泡时间下样品分子量及其分布指数

力学性能：样品的断裂伸长率和拉伸强度均随着在海水中浸泡时间的增加呈现先减小后增加再减小的一个趋势。

试验结论

随着在海水中浸泡时间的增加，聚乳酸/淀粉复合材料的分子量下降，说明其在海水环境中具有良好的降解性能。同时SEM电镜照片更加直观地证实了这点。复合材料随着降解时间的增加，拉伸强度和断裂伸长率由于水分子的增塑作用呈现先减小后增大再减小的趋势，分析表明样品在海水中具有良好的降解性。

2）中国可降解聚酯复合材料面世

2019年，《绿色包装》期刊上发布了一篇《中国可降解聚酯复合材料面世》。

文中提到中国科学家研制出一种可在海水中降解的聚酯复合塑料材料，有望在诸多领域替代现有难以降解的通用塑料。

中国科学院理化技术研究所高级工程师王格侠介绍，其团队研制出的这种结合了水溶性与降解性的材料具有一定的环境耐受性，废弃后能在数天到数百天内在海水中降解消失，最终分解为不会对环境造成污染的小分子。据介绍，中国科学院理化技术研究所降解塑料和工程塑料研究组是中国率先开展生物可降解塑料研究的单位。生物降解塑料大都是含酯键的高分子材料，分子链相对脆弱，因而可以被自然界许多微生物分解、消化，最终形成二氧化碳和水。

经过多次反复实验，理化技术研究所的科研团队将非酶水解过程和水溶过程与生物降解过程结合起来，实现了材料在海水中快速降解。科研人员通过对材料的设计、合成、改性和加工使得其降解性能可根据不同的应用需求进行调控。

在深圳举行的旨在提升中国自主创新能力、加大先进科技成果转化的第一届“率先杯”未来技术创新大赛上，这一技术位列30个优胜项目之一。

3）海水藻类生产可生物降解塑料

2019年，《中外能源》期刊上发布了一篇《海水藻类生产可生物降解塑料的研究》。

特拉维夫大学的研究人员研究了一种以海藻为食的微生物制成的新型可生物降解塑料。

特拉维夫大学Porter环境与地球科学学院的Alexander Golberg表示，"我们的新工艺用海洋微生物生产可完全回收成有机废弃物的塑料”，工厂已经商业规模生产这种生物塑料。

4）有机合成生物降解塑料

1998年，张雯在《塑料通讯》期刊上发表了一篇《有机合成生物降解塑料》的翻译文章。

日本大阪国家研究所与AIST联合研制成一种有机合成的生物降解塑料。该塑料在泥土和海水作用下能自然分解。此技术与其他技术不同的特点是：此生物降解塑料降解的速率可以调节。

采用此新技术制备生物降解聚酷和聚醚是这样合成的。琥珀酸配合环氧乙院开环共聚，制成一种预聚物，接着把这些物质进行扩链反应，以增加其分子量，这些共聚物容易加工成片和膜。

采用此新技术，聚合度高且能快速有效地生产易降解的聚酯和聚醚。在大阪实验室证实：这些聚酯浸于海水中三个月以后开始生物降解，也已验证这些聚合物在酶和脂酶的作用下完全水解，在活性污泥作用下也能生物降解。当把生物降解塑料埋置在泥土或海水中，受微生物的作用可自然降解。

参考来源 |

[1]CCTV生活圈——院士说科技

[2]海南2020中国生物降解树脂研讨会

[3]张雯.有机合成生物降解塑料[J].塑料通讯,1998(01):48.

[4].海水藻类生产可生物降解塑料的研究[J].中外能源,2019,24(05):103-104.

[5].中国可降解聚酯复合塑料面世[J].绿色包装,2019(06):28.

[6]陈晓蕾,石建高,王磊,刘永利,史航,王鲁民.聚乳酸/淀粉复合材料在海水中的降解性能[J].海洋渔业,2009,31(04):420-425.

编辑整理 | 小将

转载请注明 | 生物降解材料研究院

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