可降解膜的研究现状及展望

可降解膜的现状及发展趋势

1.可降解膜的现状

近年来已经进行过农田应用试验的可降解膜大致有以下几种:①植物纤维(又称草纤维)地膜;②纸地膜;③淀粉地膜;④光降解地膜;⑤光和生物降解地膜，而能够实用的则是光降解、生物降解和生物双解地膜。光降解技术主要有两种:合成型和添加型，前者是在聚烯烃聚合时在其主链上引入某种光增敏基团，如ECO共聚物， 乙烯单体共聚物等;后者则是在聚合物中添加具有光增敏作用的化学助剂，过渡金属络合物等。生物降解主要分为淀粉填充型和人工直接合成型两类，从资料报道看"，我国的生物降解研究几乎全部集中在淀粉填充型。据不完全统计，目前从事降解塑料科研、生产和应用试验的单位有100个左右，研究的方向有光降解、淀粉基生物降解、光- -生物降解、纤维素生物降解及微生物合成脂肪族聚酯降解等，均取得了一定程度进展。

2.可降解膜的分类

2.1光降解地膜

由于太阳光照是最廉价的引起降解的能源，因此，光降解地膜得到竞相开发。对光降解可控性的试验结果表明5)，调节光敏剂的用量，可粗略地调控地膜的光降解诱导期,但较好的方法是采用稳定降解型控制剂和协同降解型控制剂。可控光降解地膜的特点是:在完成农作物生长周期后迅速降解。光降解膜的降解过程拟以两个途径同时存在或交错进行41:有膜→光解→无膜和有膜→微生物降解→无膜。

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)，要达到这一 要求技术尚不成熟。据外国科学家十年的研究试验结果6:光降解后的PE虽可被细菌分解，但分解时间很长，光降解产物从发生生物降解到完全还原进入生态系统需要50年以上时间。光降解膜虽已进入实用阶段，但埋在土壤里的部分时间得不到光照，很难降解。据山西农科院棉花研究所试验[5),埋入土中的光解膜人为出土后，继续曝晒，仍能降解;光解产物对土壤矿质元素的含量无明显影响，对土壤其它方面影响也较小，未发现有害物质产生。据1993年的农田试验表明2)，光解地膜的环境评价与普通地膜比较具有降低土壤污染、水体污染及自然景观污染三大优点。

2.2生物降解地膜

生物降解与光降解有一定协同关系，当PE光降解的分子量降到5000左右时，用释放的C02来衡量，PE的生物降解率可达70%左右。

由于生物降解不会污染环境，所以近年来受到各方面的重视。目前淀粉添加PE型生物降解塑料的开发比较普遍，但PE根本不是所谓的生物降解塑料，微生物只是从淀粉

一-PE 体系中的PE表面移走了一部分淀粉而已，残留的PE膜仍以一种低强度的多孔结构的形态继续存在6，且淀粉的加入对PE膜的力学性能影响较大，加工条件苛刻,因而单纯的淀粉填充型PE生物降解膜，由于其不完全降解性，用途受到很大限制。所以在这方面仍需进一步攻关， 其方向是将淀粉改性成热塑性淀粉，把注意力转移到开发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来。

2.3生物双解地膜

鉴于光降解和生物降解的不完全降解性和不能彻底解决环境污染问题，应用采可控一生物双解地膜,它是近年来发展的一种较理想的新型降解地膜，能结合光和生物的降解作用达到较完全降解的目的，到目前为止仍无明确的术语定义图。PE进行光降解到一-定程度时，地膜中那些有利于生物活性的化合物很易被真菌、细菌吞食，发生微生物降解。这种膜使用--年后，在土壤中应碎成1平方厘米以下的小块，两年后应全部粉化。这种膜所用的助剂应对作物生长无毒无害，降解产物对土壤无污染。双解膜的特点是在农作物生长期内其力学性能良好，完成该周期后则迅速降解，到一定程度后再由微生物降解，埋土试验结果表明B)，含淀粉的生物降解地膜比单纯的光或生物降解地膜具有较好的自然同化作用，只是含淀粉的双解膜在制备工艺上还存在一些问题。普通PE地膜与生物双解地膜的性能比较图1。

把图1分成A、 B、C3个区域。A区域:两种膜的机械性能没有什么区别，基本保持不变，这主要是通过控制加入的抗氧剂浓度来实现。B区域:双解PE膜迅速降解,力学性能大幅度下降。这是光降解部分，主要是通过加入光敏剂等助剂来达到;而普通PE膜的力学性能在这个区域仍是缓慢下降。C区域:当光降解到点“X”时(一般认为此处地膜的延伸率丧失95% )，再由微生物降解，直到与土壤同化，最终产物是二氧化碳和水。这--部分是生物降解部分，主要通过添加生物降解母料来实现;而同期普通PE膜却达不到生物降解的程度。

目前我国生物降解塑料的研究水平可与国外先进水平相当。但是由于缺乏统一的评价标准试验方法，要生产出完全符合农业要求、符合环保要求的地膜还需进一步努力和实际验证。

3.可降解膜存在的问题

3.1光降解膜存在的问题

光解膜当前存在的主要问题是埋土部分的降解情况，需进一步攻关。光降解地膜主要采用合成树脂中加入光敏剂的方法使之降解。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继续分化或被土壤同化，污染土壤问题仍未得到根本解决。另外成本较普通膜高，使推广应用受到限制。

3.2生物降解膜存在的问题

生物降解膜其添充的材料中大多是淀粉、纤维素可以代替石油:一方面由于其可以完全降解，具有环保意义;另一方面在当今石油短缺的情况下其可完全代替石油。因此生物降解地膜在农业生产中应为首选，但我国多数采用纤维素来制膜，存在加工困难、力学性能和耐水性能差的问题，无法加以推广和应用。

3.3生物双解膜存在的问题

双降解地膜不但有生物降解地膜已有的特性，还向其膜内填充了光敏剂，地面部分主要引入光降解技术，埋土部分引入生物降解技术。用后无论埋土部分还是地面部分，均可降解。尽管地面和埋土部分降解速度还不完全相同，但埋土部分已降解到不影响下季耕作的水平，并能稍后进一步被土壤所同化。与普通地膜相比，双降解地膜已基本做到能消除残膜危害，同时因为该技术符合中国国情、成本可以接受,应当加以推广应用。然而双降解地膜也有其局限性，农业气候、自然条件及作物的多样性，加大了降解地膜的降解可控难度。

4.可降解膜发展趋势

随着，人类社会对环境问题认识水平的不断深化，解决废弃地膜造成的“白色污染”建立环境友好性社会,建立人与环境的良性互动,唯--的办法就是推广应用可降解地膜。而其中生物双降解地膜的发展及推广尤为重要。双降解地膜的研究，是今后我国地膜产业的发展趋势，也是发展可持续性农业的必要前提。