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前言：

前言
塑料已成为近年来发展速度最快的大类材料，全球消费量已达5亿吨以上。我国塑料产业在近几十年也得到了飞速发展，塑料制品产量从1990年的550万吨发展到2017年7515.5万吨。塑料的大量使用导致的初始原料石油短缺问题使生物基材料逐渐成为全球关注的热点。目前，全球生物基材料产能已达3500万吨以上，每年增长速率超过20%。聚乳酸(PLA)、聚羟基脂肪酸酯(PHA)等生物基材料的成本持续下降、性能不断提高，对传统石化材料的竞争力不断增强，生物基材料的应用正在从高端功能性材料和医用材料领域向大宗工业材料和生活消费品领域转移，在日用塑料制品、化纤服装、农用地膜等方面逐渐实现规模化应用。我国生物基材料产业发展迅猛，关键技术不断突破，产品种类速增，产品经济性增强。生物基材料，已被纳入新材料领域，成为国家大力发展的战略重点。生物基材料正在成为产业热点，展示出了强劲的发展势头。
目前，我国每年一次性用品及其他不易回收塑料制品废弃总量在2000万吨以上，其中近半数废弃后没有被回收再利用，而没有再利用部分又有五分之一左右没有被合理处置而进入自然环境，我国应合理规范这些制品的生产、使用和处置。另外，在全球都在重视垃圾分类的同时，有机垃圾的生化处理逐渐成为重点，而有助于堆肥等生化处理的生物分解塑料袋也得到了重视。生物分解塑料的开发正受到前所未有的关注。世界各国纷纷制定相关法律法规促进生物分解材料的应用，欧盟除包装法规中对垃圾的回收再利用及其可堆肥化处置进行了明确规定，在2018年10月通过了2020年开始禁止、限制十种一次性制品的政策，全球各国对一次性不易回收、易污染的制品的禁限政策出台如火如荼。我国“限塑令”后续政策也正在制定过程中，海南省从2020年开始全面禁止不可降解一次性塑料购物袋与餐饮具等，而吉林省从2015年1月1日就已开始在吉林省范围内实施“禁塑令”。在农用薄膜方面，《中华人民共和国土壤污染防治法》明确了鼓励使用生物降解农膜，2019年6月5日国务院常务会议通过《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》（修订草案），二十二条中更是提到了“国家鼓励科研、生产单位研究、生产易回收利用、易处置或者在环境中可降解的薄膜覆盖物和商品包装物。禁止生产、销售不易降解的薄膜覆盖物和商品包装物。”我国城市生活垃圾分类在部分城市已开始强制执行，电子商务包装、邮政快件包装、外卖包装的绿色化已是趋势。生物分解材料的生产、销售、使用开始从示范推广逐渐向大规模工业化阶段过渡。
本书对生物分解塑料(生物降解塑料）与生物基塑料从技术、市场、评价与标准等多维度出发，进行了系统的介绍，包括从技术革新到各个领域的应用，从制造技术、加工技术、应用技术、商品化现状、可回收性等方面，以最新的技术现状为基础进行了总结，并对国内外一些政策走向如吉林省以及海南省“禁塑令”“欧洲塑料战略”等进行阐述。
作为可持续发展材料，生物分解塑料和生物基塑料的研究必将不断加强，希望广大关心其发展的读者们，能对这种新概念材料有个正确的理解，并对其将来的发展前景保持兴趣。
本书由王玉忠院士规划，第2章第2节由杨惠娣编写，第3章第1节由陈学思院士、边新超、冯立栋、刘焱龙、翟国强和杨义浒编写，第3章第2节由陈国强编写，第4章第2节由陈学思院士、董丽松、郭宝华编写，第4章第5节由陈学思院士、边新超、冯立栋和刘焱龙编写，第4章第3节由祝桂香编写，第4章第4节由王献红编写，第4章第6节由陈思翀、汪秀丽、王玉忠院士编写，第5章第3节由付烨、刘民英编写，第5章第4节由付烨、李增俊编写，第6章第2节中淀粉和聚乳酸发泡部分内容由余龙、吴永升、李俊编写，第7章第7节由杨义浒编写，其他章节由付烨、翁云宣编写，最后由付烨、翁云宣统稿。
感谢国家自然科学基金委员会项目(51773005、51473006、51173005）的支持。
最后，向为了本书的尽快出版给予大力支持的各位同仁和化学工业出版社表示深切的感谢。

编者
2019年11月


第一版前言
塑料自发明以来，因为质量轻、性能好且耐用而被大量使用，塑料给人们生活带来了极大的便利。2006年全世界塑料消耗量在2亿吨以上，而我国表观消费量在4000万吨左右，其中塑料包装材料的发展最迅速。塑料包装材料占生活垃圾的10%～20％，而这种垃圾实际上是“永久性”的不能被降解。怎样面对及如何处理塑料垃圾已成为世界性的环保问题。另外，近年来资源紧缺和环境形势也变得越来越严峻。如何减轻对石油资源的依存，实施循环经济，保持可持续发展，成为塑料工业的全球性热门话题。
大量塑料的使用不仅消耗了大量的石油和能源，而且因为不能自然降解，燃烧时又释放出大量二氧化碳，部分地造成和加重了“白色污染”及“温室效应”。为净化周围环境，消除塑料废弃物，人们努力地做好以下工作来减少污染：一是卫生填埋(用土掩埋垃圾)；二是废物利用。卫生填埋虽可明显地缓解环境污染，但是却将环保的重任推到下一代人身上。废物利用是较可行的办法，世界上相继出现了焚烧利用热能、回收再利用、自然降解三种主要的解决塑料废弃物方法。回收再利用是从垃圾中回收塑料，经过分拣、冲洗、干燥、粉碎等过程，最后加工成制品，虽然会耗费一定的人力和物力，但一定程度上能使环境有所改善。不过人们不禁要问这些塑料材料到底能回收再加工利用多少次？不能回收后如何处置？许多专家建议应大量开发和生产能自然降解且可回收再利用又对自然界、生物界无害的塑料，这才是从根本上解决“塑料垃圾”问题的办法。
相对以性能和便利为中心发展起来的20世纪塑料开发，21世纪的开发将侧重于全球可持续发展及其他更高层次的考虑，科学技术的进步使这样的开发变得可能。为了实现可持续发展的低碳循环性社会，被寄予厚望的环保型塑料的开发受到前所未有的关注。开发可自然降解的塑料制品来替代普遍使用的普通塑料制品曾经成为20世纪90年代的热点，但是当时降解塑料因为成本和技术问题发展缓慢。近年来随着原料生产和制品加工技术的进步，降解塑料尤其是生物基分解塑料重新受到关注，成为可持续和循环经济发展的亮点。
无论是从能源替代、二氧化碳减排，还是从环境保护以及部分解决“三农”问题，发展生物降解塑料和生物基塑料都是必要的，也是十分有意义的。
本书对可持续发展材料——生物分解与生物基塑料从技术角度出发进行了系统的介绍，包括从技术革新到各个领域的应用，从制造技术、加工技术、应用技术、商品化现状、可回收性等方面，以最新的技术现状为基础进行了总结，并对国内外一些政策走向如《京都议定书》等进行阐述。
作为可持续发展材料，生物分解和生物基塑料的研究必将不断增加，希望广大关心其发展的读者们，能对这种新概念材料有一个正确的理解，并对其将来的发展前景保持兴趣。
本书第2章第3节、第4章第3节、第4章第6节由杨惠娣编写，第3章第2节、第3章第3节由陈学军、陈学思、董丽松编写，第4章第5节由陈兴华编写，其他章节由翁云宣编写，最后由翁云宣统稿。
感谢北京市科委“北京市科技新星计划”项目的支持。
感谢四川大学降解与阻燃高分子材料研究中心王玉忠、北京工商大学许国志、深圳市中京科林环境材料有限公司孔力、中国环境科学研究院李发生、华中理工大学王世和、武汉华丽环保科技有限公司张先炳、宁波天安生物材料有限公司李佳灵、中科院长春应用化学研究所王献红、西安华源生态农业高科技有限公司对本书出版提供的宝贵资料。
感谢比澳格(南京)环保材料有限公司陈昌平、福建百事达生物材料有限公司余润保、中国塑料加工工业协会马占峰、清华大学李金惠、浙江海正生物材料股份有限公司陈志明、清华大学生物科学院陈国强、清华大学化工系郭宝华、中科院理化技术研究所季君晖、同济大学材料科学与工程学院任杰、南开大学宋存江、华南理工大学余龙、浙江华发生态科技有限公司尹晓民、浙江天禾生态科技有限公司裘陆军、内蒙古蒙西高新技术集团有限公司张光军、天津国韵生物科技有限公司吕渭川、河北昭和生态科技有限公司马英华、福建泛亚科技发展有限公司丁少忠、深圳禾田一环保科技有限公司贾伟生、浙江杭州鑫富药业股份有限公司姜凯、北京新华联生物材料有限公司杨尔宁、安庆和兴化工有限责任公司马世金、罗宾生化科技(汕头)有限公司叶新建、湖南科汛环保塑料有限公司王士彪、巴斯夫（中国）有限公司沈莉萍、烟台阳光澳洲环保材料有限公司上官智慧、广东惠州俊豪塑料发展有限公司苏俊铭、深圳市万达杰塑料制品有限公司魏文昌、四川柯因达生物科技有限公司叶文彬、哈尔滨龙骏实业发展有限公司支朝晖、四川琢新生物材料研究有限公司袁明龙、丹阳市华东工程塑料有限公司刘永忠、南通九鼎生物工程有限公司沈晓蔚、上海林达塑胶化工有限公司王梓刚、深圳市光华伟业实业有限公司杨义浒、南京诚科机械有限公司孔祥明、厦门固得塑胶有限公司郑晨飞，河南金丹乳酸科技有限公司于培星、重庆市联发塑料原料工业有限公司周久寿、优利(苏州)科技材料有限公司林日旺、江苏中科金龙科技集团公司徐玉华、金发科技股份有限公司蔡立志、安徽德琳环保发展(集团)有限责任公司曹承平、江阴市杲信化纤有限公司周新等对本书出版的大力支持。

编者
2010年3月

目录：

第1章绪论1
1.1生物基塑料1
1.1.1生物基塑料的定义1
1.1.2淀粉基塑料2
1.1.3微生物合成的塑料2
1.1.4开发生物基塑料的目的和意义3
1.2降解塑料4
1.2.1降解塑料的定义4
1.2.2开发生物分解塑料的目的和意义6
1.3降解塑料、生物分解塑料、可堆肥塑料与生物基塑料之间的区别9
1.3.1降解性能的区别9
1.3.2原材料来源的区别10
1.3.3使用后废弃处理的区别11

第2章天然高分子基塑料12
2.1淀粉基塑料12
2.1.1淀粉13
2.1.2淀粉基塑料分类18
2.1.3淀粉基塑料实例23
2.1.4淀粉含量的测定25
2.2木塑材料28
2.2.1原材料及配方29
2.2.2成型工艺34
2.2.3发展前景43

第3章生物基生物分解塑料44
3.1概述44
3.2聚乳酸46
3.2.1乳酸46
3.2.2聚乳酸的合成50
3.2.3聚乳酸的性能与表征57
3.2.4聚乳酸的改性62
3.2.5聚乳酸的成型加工72
3.2.6聚乳酸的生物分解79
3.3聚羟基烷酸酯84
3.3.1简介84
3.3.2聚羟基烷酸酯的生物合成86
3.3.3聚羟基烷酸酯的分解机理92
3.3.4聚羟基烷酸酯的鉴别93
3.3.5聚羟基烷酸酯的性能94
3.3.6聚羟基烷酸酯的成型106
3.3.7聚羟基烷酸酯的产业化前景107
3.3.8聚羟基烷酸酯的应用112

第4章石化基生物分解塑料115
4.1概述115
4.2脂肪族二元酸和二元醇共聚物117
4.2.1PBS的合成117
4.2.2PBS的性能121
4.2.3PBS的成型加工122
4.2.4PBS的改性研究123
4.2.5国内外生产现状124
4.2.6应用125
4.3引入芳香基的二元醇和二元酸共聚酯125
4.3.1合成126
4.3.2性能与表征129
4.3.3改性研究131
4.3.4应用133
4.4二氧化碳共聚物140
4.4.1PPC的合成141
4.4.2PPC的结构与性能147
4.4.3PPC的应用158
4.4.4展望164
4.5聚己内酯164
4.5.1聚己内酯的合成165
4.5.2聚己内酯材料的应用168
4.5.3ε-己内酯的工业化开发168
4.5.4新型官能化聚己内酯170
4.5.5展望172
4.6聚对二氧环己酮173
4.6.1PPDO的合成174
4.6.2PPDO的性能与表征177
4.6.3PPDO的改性研究179
4.6.4应用183

第5章生物基塑料185
5.1生物基聚乙烯186
5.1.1生物基聚乙烯的合成186
5.1.2生物基聚乙烯的性能和改性方法187
5.1.3生物基聚乙烯的发展现状187
5.1.4生物基聚乙烯的应用188
5.2生物基聚酯189
5.2.1生物基聚酯的合成189
5.2.2生物基聚酯的性能和改性方法189
5.2.3生物基聚对苯二甲酸乙二醇酯190
5.2.4生物基聚对苯二甲酸丙二醇酯196
5.2.5生物基聚酯的发展现状199
5.3生物基聚酰胺200
5.3.1简介200
5.3.2AB型生物基聚酰胺201
5.3.3AABB型生物基聚酰胺203
5.3.4展望207
5.4生物基化学纤维207
5.4.1简介208
5.4.2生物基化学纤维原料210
5.4.3聚乳酸纤维212
5.4.4生物基纤维发展存在的问题219
5.4.5生物基纤维材料科技创新趋势220
5.4.6生物基化学纤维产业发展目标221
5.4.7政策建议和保障措施222

第6章生物分解塑料与生物基塑料的成型加工223
6.1成型加工与材料特性223
6.2塑料的成型加工法225
6.2.1挤出成型225
6.2.2注射成型229
6.2.3挤吹成型232
6.2.4纺丝233
6.2.5发泡成型235

第7章生物分解塑料的应用246
7.1生物分解塑料在包装业的应用247
7.2生物分解塑料在农、林、渔、牧业的应用252
7.3生物分解塑料在汽车工业中的应用256
7.4生物分解塑料发泡产品的应用258
7.5生物分解塑料在医药业的应用260
7.6生物分解塑料的其他日常用品应用261
7.7生物分解塑料在3D打印材料中的应用266

第8章回收再利用270
8.1物理回收再利用271
8.2化学回收再利用271
8.2.1PLA的化学回收再利用272
8.2.2PHA的化学回收再利用274
8.2.3PCL的化学回收再利用275
8.2.4PBS的化学回收再利用275
8.2.5混合物的化学回收再利用276
8.2.6脂肪族聚碳酸酯的回收再利用276
8.2.7可以进行化学回收再利用的生物分解塑料的分子设计277
8.3生物回收再利用278
8.3.1循环系统中的生物回收再利用278
8.3.2生物分解塑料和拥有生物分解性的生物基聚合物的生物回收再利用280
8.3.3需氧性处理中的生物回收再利用281
8.3.4厌氧性处理中的生物回收再利用283
8.3.5生物回收再利用的展望285

第9章生物基塑料与生物分解塑料的评价体系287
9.1生物基含量评价287
9.1.1研究生物基含量测定意义287
9.1.2测试方法288
9.2降解性能评价290
9.2.1试验方法290
9.2.2结果评价方法299
9.2.3各种降解塑料适合的试验及评价方法305
9.2.4国内外降解塑料标准现状306
9.3生命周期评价312
9.3.1LCA的方法和意义313
9.3.2生物分解性塑料的案例分析314
9.3.3测定塑料相关生物质碳含量的生物基塑料成分评价方法317

第10章国内外相关政策320
10.1国外相关政策320
10.1.1欧盟相关政策320
10.1.2美国相关政策322
10.1.3澳大利亚相关政策324
10.1.4日本相关政策325
10.2国内相关政策326
10.2.1吉林省“禁塑令”327
10.2.2海南省“禁塑令”328
10.2.32018年我国塑料产业新政法规330
10.3“塑料微珠”相关政策331

参考文献335