环保新选择：可降解塑料

环境可降解塑料至今没有统一的国际标准化定义，美国材料试验协会（ASTM）有关塑料术语的标准ASTM D883—92对降解塑料所下的定义：在特定环境条件下，其化学结构发生明显变化，并用标准的测试方法能测定其物质性能变化的塑料。这个定义基本上和国际标准ISO 472（塑料术语及定义）对降解和劣化所下的定义相一致。

国际上关于环境可降解塑料的含义可归纳为3个方面。

①化学（分子水平）上：其废弃物的化学结构发生显著变化，最终完全降解成二氧化碳和水。

②物性（材料水平）上：其废弃物在较短时间内，力学性能下降，应用功能大部分或完全丧失。

③形态上：其废弃物在较短时间内破裂、崩碎、粉化成对环境无害或易被环境消化。

开发应用可降解塑料包装已成为目前解决包装废弃物所造成环境污染的一个重点。目前国内和国际上已经生产的可降解塑料主要种类及特性见表3-2。

表3-2　各种可降解塑料

（续）

（一）生物可降解塑料

生物可降解塑料（biodegradable plastic）指能够被微生物分解的塑料，分解的产物为CO2、H2O或一些低分子化合物，通常我们将生物可降解塑料分为两类：完全生物降解塑料（biodegradable plastics）及生物崩坏性塑料（biodestructible plastics）。

1.完全生物降解塑料　指能在较短时间内产生降解而丧失其原有形态，之后又能在较短时间内进一步降解成二氧化碳和水的塑料。目前，研究开发的主要有以下几种。

（1）生物合成聚酯塑料　一种名为biopol的降解塑料由聚3-羟基丁酸酯（PHB）或其共聚物组成的塑料，以小麦制葡萄糖为碳源，在常规发酵罐中由细菌碱杆菌属富营养细菌（Alcaligenes entrophus）发酵合成，熔点（tm）为180 ℃，玻璃温度（tg）为150℃；此聚酯塑料由生物合成，亦能为微生物所分解，1mm厚biopol薄膜埋于潮湿土壤中，在22℃下两年即可完全降解。

（2）聚交酯　以乳酸为原料制得的生物降解塑料，能与活细胞相容，可被微生物分解成水和CO2，其降解速度可通过共聚的方法来调节和控制。乳酸主要通过微生物发酵法生产而得，通过交酯聚合而得聚交酯。目前市场开发的主要方向是食品和饮料包装材料、一次性生活用品和垃圾袋，常见的有聚乳酸和聚己内酯（PCL）。(www.xing528.com)

（3）天然高分子材料　淀粉、纤维素、蛋白质、多糖等能被生物降解，适当改性后能制成包装制品。以淀粉为主要原料的可完全生物降解的材料，淀粉含量高达60%～80%，具有无毒、相溶性及分散性好、成本低、应用领域广泛等特点。使用聚酯型淀粉胶可直接生产一次性餐具，废弃后可进一步用作畜牧饲料。

2.生物崩坏性塑料　指在较短时间内产生降解而丧失其原有形态，之后在很长时期才能降解成二氧化碳和水的塑料。主要有以下两种。

（1）合成生物可降解塑料　高分子材料易受微生物侵蚀且其降解的敏感性依赖于它自身的结构，含C—N 、C—O等杂键的高分子比含单纯C—C的敏感，带支链的比直链敏感。从分子质量看，PE的相对分子质量低于500时，与低分子石蜡一样能被微生物所降解。在热塑性塑料中，已知能被微生物降解的只有脂肪族聚酯及其衍生物，这一所知有可能解决大品种热塑性塑料的可降解问题。

（2）共混型生物可破坏塑料　如将淀粉与PE或PVA等进行共混，这种塑料虽能被微生物破坏，即渗混的淀粉等被微生物分解而使塑料失去强度被粉碎，但其中不能被微生物分解的塑料仍未降解，只是变成碎片或粉化而分散于土壤环境中。这类可分解塑料开发应用的关键在于共混淀粉含量的多少，及其制品的性能和价格。

（二）光降解塑料

光降解塑料（plotolysis plastic）指光照作用下能降解的塑料，制造途径有合成光降树脂和使用添加剂。

乙烯和CO共聚物的物理性能和热稳定性与PE相似，但能被光降解，其降解速度与CO组成含量有关。另一类光降解树脂是由乙烯酮类单体和乙烯或苯乙烯、甲基丙烯甲酯、氯乙烯等单体共聚而制得，光降解性则决定于共聚物中羰基的含量。

使用添加光敏剂促进光降解塑料亦已有不少专利，较多的是采用芳香酮如二苯甲酮等作光敏剂。金属配合物也是高聚物光降解的敏化剂，如铁配合物按一定比例加到聚乙烯中，制得的薄膜便有相应的光降解性，改变比例则可调整降解速度。

光降解塑料目前主要应用在农用薄膜和饮料包装袋上，其存在的问题是如何确定使用安全期及所分解的生成物是否造成环境危害。

（三）环境可降解塑料前景

环境可降解塑料为人类展示了一个环境科学、分子生物学、生物化学、高分子化学以及机械交叉的科学领域，不同类别的生物降解塑料都在该领域承担了一定的角色。如淀粉塑料，其价格便宜易成型，有希望率先替代聚乙烯材料制成一次性生活用品和“白色污染”最为严重的农用薄膜。而PHB的工业化将是生物降解塑料的一场革命，使完全生物降解塑料不仅可用于医学，也可用于农业和食品工业，从根本上解决“白色污染”的问题。聚乙醇酸、聚乳酸等将在发酵技术提高的前提下，通过聚合工艺的改进而使其得到推广运用。生物聚合物的研究与开发、酶促合成法和转基因植物在生物降解塑料的合成研究开辟了新的生物降解塑料研究方向。生物技术渗透到材料科学，使材料科学增加了新的研究领域——生物聚合材料，并将成为生物降解塑料研究的主要方向。