可降解塑料

可降解塑料

可降解塑料是指在一定使用期内，具有与普通塑料同样的使用功效，而在完成它的使用功能后，丢弃野外，其化学结构可发生重大变化，且能迅速自动降解而与自然环境同化的一种塑料。

塑料垃圾

半个多世纪以来，塑料在工农业部门和人们生活领域中得到广泛的应用，但随之也带来了大量的固体废弃物，尤其是一次性使用塑料制品（如食品包装袋、饮料瓶、农用薄膜等）的广泛使用，使大量的固体废弃物留在公共场所和海洋中，或残留在耕地的土层中，严重污染人类的生存环境，成为世界性的公害。经调查，北京市生活垃圾日产量为1．2万吨，其中废塑料约为3%，每年总量约为14万吨；上海市生活垃圾日产量为8900吨，其中废塑料含量约为7%，每年总量为1万吨。废弃的农用塑料薄膜在土壤中存在的时间可长达100年而不分解，这样就会对农作物生长及农业生产造成严重危害。1990年4月5日《人民日报》就发表了题为“白色灾害”已露端倪的报道，提出了残留地膜污染环境问题，引起了农业、塑料加工等有关部门的注意。随后，社会各界对塑料包装袋以及发泡聚苯乙烯餐盒所带来的环境问题开始关注。“白色污染”一词逐渐成为废旧塑料污染环境的代名词。

因此，解决“白色污染”问题已成为环境保护的当务之急。工业发达国家采用过掩埋、焚烧和回收利用等方法来处理废弃塑料。但是，这几种方法都存在无法克服的缺陷，因而越来越多的学者提倡开发和应用可降解塑料，并将它看做是解决这一世界难题的理想途径。20世纪70年代以来，许多国家开始研制可降解塑料，这种新型塑料可在一定的条件下逐步降解，直至最终成为二氧化碳和水，从而解决了塑料废弃物的环境污染问题。目前，世界发达国家积极发展可降解塑料，美国、日本、德国等发达国家都先后制定了限用或禁用非降解塑料的法规，不少国家还制定了可降解塑料的研制开发计划和措施。人们对可降解塑料的期待和关心，使其技术水平大为提高，因而可降解塑料的发展是极为迅速的，某些产品已工业化生产，大量代替非可降解塑料。

研究现状

降解性塑料根据其降解机理大致可分为光降解塑料和生物降解塑料。当前，为了改善降解塑料的降解性能，又发展了光和生物双降解塑料。

1．光降解塑料

光降解塑料是指该塑料在日光照射下发生劣化分解反应，使材料在日光照射后一段时间内失去机械强度，达到分解的目的。一般光降解塑料的制备方法有两种：一种是在高分子材料中添加光分解剂，由光分解剂吸收光能后（主要是紫外线）产生自由基，然后促使高分子材料发生氧化反应达到劣化的目的。另一种方法是将适当的光敏感基团（如－C＝O）引入高分子结构中，而赋予高分子材料光降解的特性。

目前合成的光降解聚合物，主要是烯烃和一氧化碳的共聚物。乙烯和一氧化碳共聚、氯乙烯和一氧化碳共聚能得到光分解聚合物，这是人们早已熟悉的。美国和加拿大合作开发的由丙烯、氯乙烯、苯乙烯和乙烯基酮的共聚物，不仅可以使某些塑料具有光降解性，并且可以调节乙烯基酮的含量来控制光降解的时间。光降解塑料的发展动向，主要是兼顾稳定性和可分解性，使产品具有最佳的综合性能。

2．生物降解塑料

生物降解塑料是指在一定条件下，能在微生物分泌酶的作用下而分解的材料。根据降解机理和破坏形式，又可分为完全生物降解塑料和生物破坏性塑料两种。

完全生物降解塑料主要包括以下3种：

（1）微生物合成材料：在自然界中有许多酯类物质具有良好的生物分解性，这些极性链存在于许多天然物质中，由微生物所产生的酯将这些聚合物解聚水解，再由微生物对这些断链碎片加以分解吸收。目前，日本一家公司利用发酵法制成水溶性多糖，加入5%～10%的水在10兆（10MPa）压力下加热，制成降解塑料，并已在市场上出售。这类产品具有较高的生物分解性，但价格昂贵，推广应用有一定的困难。

（2）人工合成材料：利用化学方法合成生物降解高分子材料，较微生物合成具有更大的灵活性。研究开发工作的重点是合成具有类似于天然高分子结构的物质或含有容易生物降解的官能团的聚合物。在使用非生物降解塑料时，采用分子量约600以下的共聚物插入高分子链中，如选择易生物降解的化学结构，带酯键或酰胺键的化合物制备生物降解塑料。这样既可达到生物分解的要求，又能满足某些性能的需要。目前开发的产品很多，如聚乳酸和聚乙醇酸交酯。聚乳酸是一种性能极佳的生物降解材料，是以乳酸为单体反应的聚合物。通常能被水分解成低分子，其后再被微生物分解。但由于价格昂贵，大多应用在医药上，而无法被市场广泛接受。聚乙醇酸交酯、聚丙醇酸交酯不仅具有生物降解性，而且具有很好的生理适应性，是一种重要的医用的高分子材料，可作外科缝线、人工骨、骨钉、医用黏合剂、缓释性药膜材料。

（3）天然高分子材料：纤维素、淀粉、甲壳质、蛋白质等天然高分子在自然界中资源丰富，这类自然生长、自然分解、产物完全无毒的天然高分子材料日益受到人们的重视。美国一家药物公司研究出一种完全以淀粉制成的新型树脂，其组成为70%支链淀粉和30%直链淀粉。该树脂可以造粒，能用注射法、挤出法及其他标准方法加工成型。可以替代正在农业和医药上使用的各种生物降解材料。

而德国研制的材料，其中90%为改性淀粉，10%为天然高分子物质，可用现有的成型方法加工，用于制造一次性用包装材料及卫生用品，具有很好的生物降解性，价格与通用塑料相近。日本开发出以乙酰多糖和纤维素为主要成分的塑料，并由若干厂商试制成生物降解薄膜、无纺布、发泡塑料等，作为包装材料、花盆、盘子材料等已接近实用化。

目前，美国、日本已从甲壳质脱乙酰化得到壳聚糖，由壳聚糖开发出一系列可分解制品，如絮凝剂、外科缝线、人造皮肤、缓释药膜材料、固定酶载体、分离膜材料等。这类降解塑料具有完全生物降解性、良好的透气性，但属非热塑性材料，不易用吹塑等成型方法加工，其性能有待改进，用途有待开发。

3．光—生物双降解塑料

光—生物降解塑料是利用光降解和生物降解相结合的方法制得的一类塑料，是一种较理想的降解塑料。这种方法不仅克服了无光或光照不足的不易降解和降解不彻底的缺陷，还克服了生物降解塑料加工复杂、成本太高不易推广的弊端，因而是近年来应用领域中发展较快的一门技术。

我国在这方面的技术比较先进。自从20世纪90年代起，我国一些地区已开始有垃圾袋、商品包装袋、化肥袋、食品袋、卫生用品包装袋等5种包装袋使用可降解塑料。《国家环境保护九五计划和2010年远景目标》中已要求使可降解地膜的使用率达到30%，使农田污染得到控制。目前在许多国家已开始普遍使用这种塑料，以实现一场由“白色污染”到“绿色包装”的革命。目前这类降解塑料主要存在的问题是光与生物降解两者的有机结合尚不够理想，还有待进一步开发的降解塑料。