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生物可降解材料:防止口罩成为下一个塑料污染源

科技日报记者 李 禾。生物

一次性医用防护口罩已成为人们日常生活的可降必备品。据世界卫生组织估计,解材2020年,料防料污世界上至少生产了1290亿个口罩,止口罩成其中大部分是为下一次性医用防护口罩。如果处理不当,个塑这些口罩将对生态环境构成严重威胁。染源近日,生物中国科学院院士、可降中国生物工程学会会长高福在湖北武汉召开的解材第十五届中国生物产业大会上呼吁,生物产业迫切需要促进产学研结合,料防料污促进可降解材料在一次性医用防护口罩中的止口罩成应用,减轻环境负担。为下

生产一次性医用防护口罩的个塑常用生物降解材料有哪些?这些材料是如何过滤有害物质并降解的?生物可降解一次性医用防护口罩是否已实现工业化应用?《科技日报》记者就这些问题采访了相关专家。

废弃一次性口罩对环境构成威胁。

一次性医用防护口罩(以下简称口罩)一般由面罩、口罩带和鼻夹组成。

生态环境部固体废物与化学品管理技术中心危险废物管理技术部主任郑洋表示,口罩一般分为三层,最外层和最内层为无纺布,中间层为熔喷布。虽然这三层的名称不同,但主要原料是聚丙烯(PP),属于不可降解塑料。

记者检查了多种口罩的“产品结构组成”。除了由聚丙烯组成的口罩,口罩带的主要材料也是聚丙烯无纺布。聚乙烯用于鼻夹(PE)用细铁丝包裹,聚乙烯也是不可降解塑料。

废弃口罩处理不当会导致环境问题。“如果把这种口罩扔进自然环境,降解时间可能需要几十年到几百年。”郑洋说。

北京化工大学材料科学与工程学院教授丁雪佳也表示,口罩的过滤材料本质上是一种塑料,需要450年才能分解。

一些分析报告指出,2020年,由于处理不当,世界上至少有15.6亿个口罩流入海洋,一些废弃口罩入侵野生动物的栖息地。大量的废弃口罩将直接影响海洋生物、鸟类的生存,以及渔业、水产养殖等。

废弃口罩对生态环境的危害不止肉眼可见。与其它材料相比,熔喷布和无纺布的纤维直径非常细,口罩的使用加剧了纤维之间的机械磨损,形成了更多的微塑料。研究表明,未使用的口罩平均释放量为71-308个/个;使用口罩后,微塑料平均释放量增加到682-1918个/个。在海洋中,这些微塑料很容易被鱼、虾和其他生物摄入,从而进入食物链,最终进入人体。

生物可降解口罩采用聚乳酸制成。

对此,丁雪佳表示,使用可降解材料制作口罩,可有效缓解废弃口罩对生态环境的压力。

目前,国内市场上出现了多种生物降解口罩,其主要材料是聚乳酸(PLA)。比如蚌埠丰原涂山制药有限公司生产的全降解聚乳酸环保口罩,用生物基可降解材料聚乳酸代替聚丙烯。这种材料制成的口罩可以在自然环境中分解成水和二氧化碳,不会增加生态负担。纳通医用防护设备(天津)有限公司生产的生物基可降解口罩主要由聚乳酸、聚乳酸和聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯组成(PBAT)口罩采用聚乳酸和氨纶混合,可实现堆肥降解,降解周期约为6个月。

为什么聚乳酸能成为生物可降解口罩的主要材料?这与聚乳酸本身的特性有关。

根据中国化学纤维工业协会撰写的《聚乳酸纤维产业发展报告》(以下简称《报告》),聚乳酸具有良好的机械性能、吸湿透气性、抗菌性、良好的生物降解性和生物相容性,聚乳酸织物手感柔软。。。这些性能使聚乳酸广泛应用于服装、家纺和医疗卫生材料领域。

中国化纤工业协会市场推广部副主任王永生表示,聚乳酸及其产品在正常温度和湿度下相当稳定。然而,在一定温度和湿度的自然环境中,如沙子、淤泥和海水,聚乳酸可以被自然界中的微生物完全降解,最终分解为水和二氧化碳。

“聚乳酸具有100%的生物相容性,是一种安全无刺激性的聚酯物质。即使进入人体,也能在人体内完全分解成水和二氧化碳,然后通过人体循环排出体外。乳酸产生的中间产物也是人体肌肉产生的物质,可作为碳素源被人体吸收,完全无毒。中国化纤工业协会总经济学家、中国化纤工业协会生物基纤维专业委员会秘书长李增军说。

除聚乳酸外,生物可降解口罩的研发和使用还有多种技术路线。例如,韩国科学技术学院开发了一种由PBAT基质和十六烷基三甲基溴化铵组成的功能性和生物可降解聚合物过滤膜(CTAB)和蒙脱土(MMT)粘土混合,在静电纺丝过程中,可自发演变放大材料表面的抗菌、抗病毒活性,长期保留吸尘和飞沫的静电。

印尼加扎马达大学的两名生物技术研究人员提出,菠萝叶可以制成生物降解一次性口罩。由于用菠萝叶的天然纤维代替塑料,在进入土壤后,可以在微生物的作用下快速降解。

生物可降解材料产业化面临挑战。

但聚乳酸等生物可降解材料要实现工业化应用,仍面临诸多挑战。报告显示,聚乳酸在禁塑限塑的推动下,已成为我国产业发展的热点。2022年,我国聚乳酸纤维产能达9.8万吨,产业快速增长。聚乳酸产业链集生物发酵、化工、化工、聚合物材料加工等技术于一体,具有技术门槛高、技术集成度高的特点。目前,我国聚乳酸产业仍处于起步阶段,规模化、低成本、高性能技术仍有待完善。

2023年1月,工业和信息化部等六部委发布了《加快非粮食生物基材创新发展三年行动计划》,提出到2025年,非粮食生物原材料的利用和应用技术基本成熟。目前,聚乳酸原料主要是淀粉原料。李增军表示,在“不争粮、不争粮”的原则下,应开展秸秆、玉米芯、生物质甘油的应用开发,拓宽聚乳酸原料的来源。

王永生表示,我国聚乳酸生产企业规模小,生产成本高,迫切需要解决聚乳酸原料多样化、本地化等问题,弥补聚乳酸聚合制备技术的不足,降低生产成本。

目前,聚乳酸主要用于纺织服装、日用包装材料、农用地膜、口罩等领域。王永生表示,要扬长避短,充分发挥聚乳酸的特点和优势,有针对性地开发下游产品。针对聚乳酸应用规模较小的现状,要重视下游应用的拉动作用,促进R&D、生产、应用、设备等产业链上下游协调发展,进一步扩大聚乳酸应用规模,提高其有效供应能力。

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