一、无害可降解矿物塑料

   湖南省（暨长沙市）可降解塑料产业联盟讯：浙江大学的科学家利用无机离子聚合与仿生矿化的手段制备了一种矿物主导的塑料。这种塑料拥有和传统塑料类似的柔韧性，且具有比一般塑料更好的硬度和热稳定性，同时能够在自然模拟条件下降解，残留的矿物可以通过地质循环回归自然，实现了无害化处理。

    相关论文以《作为塑料替代品的柔性可降解复合矿物》（A flexible and degradable hybrid mineral as a plastic substitute）为题发表在 Advanced Materials。

塑料是一种重要的人工材料，由于其独特的柔性、塑性和耐用性，几乎渗透到现代生活的方方面面。

  目前的塑料的主要材质是有机聚合物。一方面，聚合物结构里面的碳元素共价键导致了塑料的多功能性能；另一方面，这些共价键也赋予了聚合物塑料耐用性，使得塑料在自然条件下很难被降解。

  目前，由于回收技术的限制，只有大约百分之九的塑料可以在使用后被人工回收，而大量的塑料被倾倒到环境中。因此，开发天然可回收的塑料替代品是材料科学家的一项紧迫任务。

  在地壳中，含有高丰度的地质矿物，这些地质矿物可自发参与地质循环，是自然的一部分。是否有可能制备以矿物为主的塑料来实现可持续性呢？浙江大学的科学家利用无机离子聚合与仿生矿化的手段制备了一种矿物主导的塑料取得了突破！

 制备矿物主导的塑料的主要难点在于消除无机材料的脆性。在聚合物化学中，链结构赋予了聚合物柔性，交联网络的高交联度使聚合物材料具有刚性。作者认为，矿物主导的塑料制备过程中，降低矿物结构中的离子交联度是提高矿物柔韧性的关键。

 磷酸钙（CaP）是一种天然地质矿物，具有优良的力学性能、生物相容性、生物降解性和环保性。此外，CaP 可以很容易地形成离子低聚物，并可以在宏观尺度上制备。

 生物矿化过程中有机物可以调控无机生长实现矿物的可控制备。作者的研究表明，聚乙烯醇（PVA，具有丰富的羟基）和海藻酸钠（SA，具有丰富的羧基）可以与 CaP 离子寡聚体发生强烈的相互作用。因此，PVA 和 SA 是调节 CaP 离子寡聚体的无机离子聚合过程的一类理想仿生聚合物。

  基于上述的工作，作者制备了 CaP 离子寡聚体作为前驱体，并以 PVA 和 SA 作为仿生有机分子来控制 CaP 寡聚体的无机离子聚合。CaP 寡聚体在 PVA 和 SA 的调节下经历仿生矿化过程，产生了具有周期性结构缺陷的柔性 CaP 纳米纤维。

有趣的是，作者发现这种具有周期性结构缺陷的 CaP 纳米纤维，比羟基磷灰石（HAP）具有更低的离子交联度。因此，CaP 纳米纤维变得具有柔性，并达到了高曲率。

这些 CaP 纳米纤维被进一步分层组装成网络和大块材料，由于其矿物组成和低的有机聚合物含量，被命名为复合矿物（HMs），HMs 表现出像塑料一样的柔性和韧性，可以被塑造成不同的形状。

 另外，值得注意的是，HMs 在自然模拟条件下可降解，残留的矿物与天然矿物相同，可以参与地质循环。

在绿色中国建设的当下，作者的研究工作对于从根本上治理塑料污染问题具有十分重要的意义与影响！

来源：Advanced Materials

二、石化塑料与生物塑料

   发明合成树脂而加工塑料至今，已有 100 多年历史了。尤其近几十年来，塑料加工行业形成独立经济门类，有非常完善工业体系，构建了商业社会的价值链、产业链、利益链、生态链，处于国民经济有着举足轻重的地位。根据联合国对现在社会工业产业区分了 41 大类 191 种类 525 小类中，在 525 个小类中几乎离不开塑料产品。

 塑料特性，由于质量轻、耐腐蚀、可塑性强、老化期长、比重小于水（如：浮在水面）、不能在自然环境里自动消失参加碳循环、成为垃圾后难处理等。若人们对产品类别区分不清，概念混乱，理论误导，定位不准，将会错误引领行业发展方向，阻碍经济发展和社会进步。为此，塑料领域一些名词作必要概述，这对产业规划和发展起到了重要的作用。

石化塑料与生物塑料两大阵营

 由于塑料具有独特的性质，在使用弃置后，存在自然环境种不容易自动降解消失，上百年也不会降解，造成视觉污染和破坏生态平衡。随着科技发展和社会发展要求，人们研究和开发新型热塑性可降解材料替代传统塑料的使用，便出现了“降解塑料”的概念。

为了实现“降解塑料”的愿望，既有环保的要求，也有无限的商机。各国政府、科研机构、企业和民间团体等科研人员不遗余力地投资研发和生产。经过 20 多年来的努力，塑料领域增加了新的成员，那就是生物塑料。目前，塑料领域存在石化塑料与生物塑料两大阵营。

无论是石化塑料，还是生物塑料，都存在生物可降解性和生物不可降解性的特殊性，关键是加工塑料的原料性质属性和塑料分子式的结构，且必须在特定的环境中，才能引起微生物（如：细菌、藻类等）对塑料敏感性，方可成为“降解塑料”，否则，“降解塑料”仅是徒有虚名，无法达到人们的期望的丢去就快消失的要求（许多生产者，自称 180 天就能全部降解的谬论，他借以只在实验室环境下可实现的，便鼓吹在天候环境里就能在 180 天全部降解，这误导决策者和消费者。

“降解塑料”

由于“降解塑料”种类繁多，目前已有 15 种类之众。技术路线、采用原料、生产方式、商业模式等各有不同，对环境、社会、经济、生态效益的贡献率各有千秋，各自产品成本差异较大，产品质量相差较远。因而，政策鼓励“降解塑料”产业发展，应采用共性标准给予引导，共性标准就是对环境、社会、经济、生态效益的贡献率提升，尤其在低碳经济和可持续发展浪潮推动下，节约能耗，减少碳排放量的环保行动，环保就是达到资源化、无害化、减量化的要求，应该放在第一位。

“生物降解”不一定是环保的，而具备环保功能塑料一定是可降解的。因此，不能以点盖全、有失偏颇。

“降解塑料”技术路线分为：化学合成法、生物发酵法、高分子接枝法，各自基本上有专利权的保护，要将“降解塑料”产业发展起来，受到一定的局限性。无论采用那一种技术路线，其在产品生命周期中和产业链各环节里，都存在不同程度污染环境的问题，选择产品共性标准才是正确的道路和方向。发展“降解塑料”产业是大势所趋，制定产业政策，不能忽略制造“降解塑料”过程中污染转移问题，更不能破坏共性标准业态的健康发展。

复杂的塑料家族

塑料，顾名思义就是具有可塑性的材料，成形品，人们非常熟悉，是生产生活的必需品，又是消费品。目前，塑料无处不在，无时不有的境地，应用广泛，用量大、价值高。塑料继金属、水泥、木材成为国民经济发展四大支柱材料之一。

可塑性分为：热塑性（如：人工合成的化石树脂、生物树脂、天然树脂等，经加热后可以塑造成新的形态）与常温塑性（如：金属、竹、木等，加外力后可以塑造成新的形态）。人们通常指的塑料，就是以石油、天然气、煤炭等矿物为原料炼化衍生合成的副产品——化石树脂，以此化石树脂为原料，经过设备加热后可塑成型为各种用品，即是塑料。

塑料——指以合成树脂或天然树脂为基础原料，在一定温度、压力下，加工塑制成型制品。按其原料性质区分为：石化塑料、生物塑料；按其功能区分为：不可降解塑料、可降解塑料；按其外观区分：硬性塑料，软性塑料。按其加工方法区分：薄膜类、吸塑类、注塑类、发泡类、纺丝类、吹塑类等。

树脂——是指受热后有软化或熔融范围，作为加工塑料的原料任何聚合物。按其原料性质分为：化石树脂、生物树脂。

母料——指在树脂加工塑料制品过程中，为了达到设定产品性能的目的，而需添加的填充物材料。按其原料性质分为：石化类母料、生物类母料。

化石树脂——指以石油、天然气、煤炭等矿物为原料炼化衍生合成的聚合物， 通过高分子式不同的设计，可分为化石类降解树脂（如：PBS、PBAT、PCL、PVA 等）、化石类不可降解树脂（如：PE、PP、PVC、PS 等）。

石化塑料——通常指石化合成树脂为原料进行加工的成型品。分为：不可降解塑料、可降解塑料。

生物树脂——指以年生植物果实（一般指淀粉、糖类）等天然物质为原料，通过高技术手段而制备的热塑性生物材料（如：PLA、SBC、PHA 等），分为：可降解树脂、不可降解树脂（如：生物基 PE）。

生物塑料——指生物树脂为原料进行加工的成型品。分为：低碳塑料、可堆肥塑料、可降解塑料、不可降解塑料。

降解塑料——指塑料弃置后，在特定的环境（如：光、热、水、氧、微生物、试剂等）下，促使塑料分子量降低，或分子键断裂，物理性能降低，或化学反应使之改变性质，最后改变其原有的形状，丧失塑料的物理性能，最后从视觉消失，或转化为大自然友好的物质，参与大自然碳循环。其降解方式：如：光降解、氧化降解、光—生物降解，生物降解，老化降解、溶解等。

生物可降解塑料——特指实验室培育微生物的环境或大自然的微生物（如：藻类、细菌、微生物等）对塑料具有敏感性，在微生物等作用下，最终将弃置塑料分解成为对土壤友好物质（如：二氧化碳和水等）存在，不会对其周边的环境造成污染。按其原料性质分为：石化基生物可降解塑料、生物基可生物降解塑料。

石化基生物可降解塑料的降解机理，塑料弃置后，由于在材料本身的分子结构或酸碱度的作用下，经过一段时间，使其物质的长分子键断裂，形成小分子，当其小分子达到一定微小量级后，被微生物利用而消失，对土壤无害，也无益。

生物基生物可降解塑料的降解机理，塑料弃置后，被大自然微生物（如：霉菌、细菌等）蚕食转化为糖类，逐渐消失，物质回归大自然，参与大自然碳循环，对土壤无害，且对土壤水肥输送系统，具有微量改良的作用。

低碳塑料——指以植物为原料制备的塑料，在产品生命周期中，相对石化塑料比较低的碳排放塑料，称为低碳塑料。碳的排放量与塑料含量植物碳有直接关系。

生物可完全降解塑料——常指符合欧洲 EN13432、美国 ASTM6400 检测标准（中国引用以上两个检测标准），称为生物可完全降解塑料。欧美颁发符合这个标准的证书，均属于民间机构，在行业具有权威性，政府给予认可。主要核心内容是：在实验室的虚拟大自然具有微生物充分的环境下，温度保持约 60℃环境里堆埋 180 天，使塑料减量化达到 90%以上，则称为生物可完全降解塑料。不过，在天候情况下，这种环境很难达到，因而其商业价值大于实用价值。

可生物降解塑料——通常指不具备生物可完全降解塑料（即是不符合EN13432、ASTM6400 检测标准）功能，但能被微生物利用的塑料，在较短时间内（一般在 1 年内）其减量化达到一定量（>51%），称为生物可降解塑料。但无需上百年才能降解消失，而塑料成本低，对环境污染较轻，处理也较为方便。

生物可完全降解塑料，目前开发的种类 15 种等，均比水重，比重大于 1，按其原料来源分为：化石类（如：石油、天然气、煤炭等）、生物类（如：植物果实、根茎等）两种。技术路线分为：高分子接枝法、生化合成、化学合成；应用领域：高分子接枝法可全覆盖塑料品种、生化合成与化学合成分别覆盖某一类塑料品种。

三、矿物材料的定义及内涵

自20世纪80年代初提出“矿物材料”的概念至今，学者们已经给出了十余种“矿物材料”或“岩石矿物材料”的定义。目前关于“矿物材料”定义和内涵已达成的共识如下：

（1）“岩石矿物材料”、“矿物岩石材料”、“矿物材料”等术语均统一为“矿物材料”；

（2）“矿物材料”是指可以直接利用其物理、化学性质的矿物岩石或经一定加工改造制备的材料；

（3）“矿物材料”以矿物为主要组分或主要原料；

（4）“矿物材料”有广义、狭义之分

狭义矿物材料：可直接利用其物理、化学性能的天然矿物岩石，或以天然矿物岩石为主要原料加工、制备而成，而且组成、结构、性能和使用效能与天然矿物岩石原料存在直接继承关系的材料。

广义矿物材料：以矿物岩石为主要原料加工、制备的材料。该定义的特点及涵义如下：

（1）广义矿物材料的原料必须以矿物岩石为主，矿物岩石原料包括天然的和非天然的；

（2）广义矿物材料的组分不一定是矿物(包括人工合成矿物)；

（3）广义矿物材料的组成、结构、性能和使用效能与矿物岩石原料可以不存在直接继承关系。

2、矿物材料分类

矿物材料是指天然产出的具有一种或几种可利用的物理化学性能或经过加工后达到以上条件的矿物，包含天然的金属矿物（铝土矿、铁矿、铅锌矿、锰矿、镍矿和铜矿等）、非金属矿物（高岭土、石英、蒙脱石、累托石、海泡石、沸石、硅灰石和电气石等）和人工合成矿物（人造水晶、人造金刚石和人造宝石）等。矿物材料具有多用性、多样性、储量大、价格低廉、替代性强、应用领域广等特点。