生物可降解材料：不让口罩成为下一个塑料污染源

  一次性医用防护口罩的过滤材料，本质上是一种塑料。废弃的一次性医用防护口罩处理不当会导致环境问题，而使用可降解材料制作一次性医用防护口罩，能有效缓解其对生态环境的压力。 

  一次性医用防护口罩已成为人们日常生活的必备品。据世界卫生组织估算，2020年，全球至少生产了1290亿个口罩，其中大多数是一次性医用防护口罩。若得不到妥善处理，这些口罩将对生态环境构成严重威胁。日前，中国科学院院士、中国生物工程学会理事长高福在湖北武汉举行的第十五届中国生物产业大会上呼吁，当前生物产业界亟须推动产学研结合，促进可降解材料在一次性医用防护口罩上的应用，减少环境负担。

  常见的、可用来生产一次性医用防护口罩的生物可降解材料有哪些？这些材料是如何实现既能过滤有害物质又能降解的？生物可降解一次性医用防护口罩是否已经实现产业化应用？带着这些问题，科技日报记者采访了相关专家。

  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、口罩带和鼻夹三部分组成。

  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说，口罩的面罩部分一般分为3层，最外层、最里层都是无纺布，中间层是熔喷布。这三层虽然名称不一样，但主要原料都是聚丙烯（PP），属于不可降解塑料。

  记者查看了多款口罩的“产品结构组成”，除了面罩由聚丙烯组成之外，口罩带的主要材料也是聚丙烯无纺布。鼻夹则用聚乙烯（PE）来包裹细铁丝，而聚乙烯也属于不可降解塑料。

  废弃口罩处理不当会导致环境问题。“如果把这种口罩扔到自然环境中，降解时间可能要几十年到几百年。”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，需要长达450年时间才能被分解。

  有分析报告指出，2020年，全球至少有15.6亿个口罩因处理不当流入海洋中，部分废弃口罩入侵野生动物的栖息地。大量废弃口罩将直接对海洋生物、鸟类的生存，以及渔业、水产养殖等造成影响。

  废弃口罩对生态环境的危害不止肉眼可见的这些。与其他材料相比，熔喷布和无纺布的纤维直径极细，口罩的使用过程又加剧了纤维之间的机械磨损，形成了更多微塑料。研究表明，未使用过的口罩，微塑料平均释放量为71—308个/只；使用后的口罩，微塑料平均释放量增加到682—1918个/只。在海洋中，这些微塑料很容易被鱼类、虾等生物摄入，从而进入食物链，最终进入人体。

  用聚乳酸制成生物可降解口罩

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

  当前，国内市场上已出现多款生物可降解口罩，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替代聚丙烯，由这种材料制作而成的口罩可在自然环境下分解为水和二氧化碳，不会增加生态负担。纳通医用防护器材（天津）有限公司生产的生物基可降解口罩，主要成分也为聚乳酸，鼻夹为聚乳酸和聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯（PBAT）共混，口罩带为聚乳酸与氨纶共混，这些材料均可实现堆肥降解，降解周期约为6个月。

  聚乳酸为何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。

  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》）显示，聚乳酸具有较好的力学性能、吸湿透气性、抑菌性，以及良好的生物可降解性和生物相容性，聚乳酸制成的织物手感柔软……这些性能使得聚乳酸能够广泛应用于服装、家纺和医用卫生材料等领域。

  中国化学纤维工业协会市场推广部副主任王永生说，在正常温度与湿度下，聚乳酸及其产品相当稳定。但在一定温度和湿度的自然环境中，比如在沙土、淤泥和海水中，聚乳酸能被自然界中的微生物完全降解，最后分解成水和二氧化碳。

  “聚乳酸具有100%的生物相容性，是一种安全无刺激的聚酯类物质，即使进入人体，也能在人体内完全分解为水和二氧化碳，再经人体循环排出体外。在其分解过程中，产生的中间产物乳酸也是人体肌肉会产生的物质，可以作为碳素源被人体吸收，完全无毒性。”中国化学纤维工业协会总经济师、中国化学纤维工业协会生物基纤维专业委员会秘书长李增俊说。

  在生物可降解口罩研发和使用方面，除了聚乳酸外，还有多种技术路线。如韩国科学技术院开发出了一种功能性和生物可降解的聚合物过滤膜，过滤膜由PBAT基质与十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）和蒙脱土（MMT）黏土混合而成，在静电纺丝过程中，可在材料表面自发演变放大抗菌、抗病毒活性，以及长时间持续保留吸附粉尘和飞沫的静电。

  来自印度尼西亚加札马达大学的两名生物技术研究人员提出，可用菠萝叶制成生物可降解一次性口罩。由于用菠萝叶的天然纤维代替了塑料，因此其在进入土壤后，可在微生物作用下，快速降解。

  生物可降解材料产业化面临挑战

  但是聚乳酸等生物可降解材料要实现产业化应用，还面临着诸多挑战。《报告》显示，在禁塑限塑的推动下，聚乳酸已成为我国行业发展热点。2022年，我国聚乳酸纤维产能达到9.8万吨，产业快速增长。聚乳酸产业链集生物发酵、化学、化工、高分子材料加工等技术于一体，具有技术门槛高、技术集成度高等特点。目前，我国聚乳酸产业整体仍处于起步阶段，规模化、低成本、高性能技术还亟待提高。

  2023年1月，工业和信息化部等六部委印发《加快非粮生物基材料创新发展三年行动方案》，提出到2025年，非粮生物质原料利用和应用技术基本成熟。当前，聚乳酸原料主要为淀粉质原料，李增俊说，在“不与人争粮、不与粮争地”原则制约下，应开展秸秆、玉米芯、生物质甘油等的应用开发，拓宽聚乳酸原料来源。

  王永生说，我国聚乳酸生产企业规模较小，生产成本较高，亟须破解聚乳酸原料多元化、国产化等难题，补齐聚乳酸聚合和制备技术短板，降低生产成本。

  当前，聚乳酸主要应用于纺织服装、日用包装材料、农用地膜、口罩等领域。王永生说，要扬长避短，发挥聚乳酸性能特点和优势，有针对性地开发下游产品。要重视下游应用拉动作用，针对聚乳酸应用规模较小的现状，促进研发、生产、应用、装备等产业链上下游协同发展，进一步扩大聚乳酸应用规模，提高其有效供应能力。（记者 李 禾）