生物可降解塑料简介

聚合物的降解是指因化学和物理因素引起的聚合的大分子链断裂的过程。聚合物曝露于氧、水、射线、化学品、污染物质、机械力、昆虫等动物以及微生物等环境条件下的大分子链断裂的降解过程被称为环境降解。降解使聚合物分子量下降，聚合物材料物性降低，直到聚合物材料丧失可使用性，这种现象也被称为聚合物材料的老化降解。
聚合物的老化降解和聚合物的稳定性有直接关系。聚合物的老化降解缩短塑料的使用寿命。为此，自塑料问世以来，科学家就致力于对这类材料的防老化，即稳定化的研究，以制得高稳定性的聚合物材料，而各国的科学家也正利用聚合物的老化降解行为竞相开发环境降解塑料。

降解塑料的主要应用领域有：农用地膜、各类塑料包装袋、垃圾袋、商场购物袋以及一次性餐饮具等。

1、根据不同用途及环境条件，进一步深化研究，并通过分子设计研究，改进配方，开发准时可控性环境降解塑料，已成为许多国家的重点攻关课题。
2、积极研究开发高效价廉光敏剂、氧化剂、生物诱发剂、降解促进剂、稳定剂等，进一步提高准时可控性、用后快速降解性和完全降解性。
3、加速研制生物降解塑料或普通塑料与淀粉、纤维素或无机材料填充共混或合金化技术，以及完全生物降解塑料与天然材料涂覆层合技术为热点中的热点。
4、水解性塑料和可食性塑料，由于具有特殊的功能和用途而受到世界瞩目，从而成为环境适性材料的又一热点。
5、为加速降解塑料的发展，各国正致力于加速研究和建立统一的降解塑料的定义、降解机理、评价方法和标准。
6、探索及培育能降解普通塑料的菌株，使广泛使用的普通塑料用后具有易降解性，以适应环保要求。同时十分重视培育可生产聚酯的生物性植物等，以降低生物降解塑料的成本，有利于推广应用。

降解塑料的用途主要有两个领域：一是原来使用普通塑料的领域。在这些领域，使用或消费后的塑料制品难于收集会对环境造成危害，如农用地膜和一次性塑料包装，二是以塑料代替其他材料的领域。在这些领域使用降解塑料可带来方便，如高尔夫球场用球钉，热带雨林造林用苗木固定材料。具体应用在：
1、农林渔业，地膜，保水材料，育苗钵，苗床，绳网，农药和农肥缓释材料。
2、包装业，购物袋，垃圾袋，堆肥袋，一次性餐盒，方便面碗，缓冲包装材料.
3、体育用品，高尔夫球场球钉和球座
4、卫生用品，妇女卫生用品，婴儿尿布，医用褥垫，一次性胡刀。
5、医药用材，绷带，夹子，棉签用小棒，手套，药物缓释材料，以及手术缝合线和骨折固定材料.

从生物降解过程看分为完全生物降解性和生物崩坏性塑料两大类；从制备方法考虑又可分为生物发酵合成、化学合成、利用动植物天然高分子或矿物质等四种。
完全生物降解性塑料在化学方法合成时用利用脂肪族聚酯、聚乙烯醇（PVA）和聚乙二醇生产容易降解。利用这些高分子易生物降解的特性对生物降解塑料进行研究开发，其中以对脂肪族聚脂的研究优为突出。在众多的脂肪族聚脂的中，聚己内脂（PCL）应用甚广，它是一种热塑性结晶型聚脂，可以被脂肪酶水解成小分子，然后，进一步被微生物同化。美国UCC公司已进行批量生产，并已经用于外科用品、黏结膜、脱膜剂等产品。PCL与PHB共混后，也可以制备生物降解塑料。脂肪族聚脂与尼龙进行胺脂的交换反应，合成聚酰脂共聚物（CPAE），CPAE则是新型的一种生物降解塑料。
在用动植物的天然高分子合成时，植物的纤维素、淀粉等，动物中的壳聚糖、聚氨基葡萄糖、动物胶以及海洋生物的藻类等，可以制造有价值的生物降解塑料。
也可以利用化学方法与天然高分子共混技术来合成可降解塑料，主要品种有PHB/PCL，糊化淀粉/PCL等制品。它们的主要特点是可完全降解，同时通过共混提高其耐热性、耐水性以及降低成本，使其成为通用的降解性塑料。
生物崩坏性塑料是属于不完全生物降解塑料，是在烯烃通用塑料中混入生物降解性物质，使材料丧失力学性能与形状，而通过堆肥化产生与生物降解性能同样的效果，因这类塑料成本低，国内外已经采用这种方法。
脂肪族聚脂类生物崩坏塑料是通用塑料很纤细的纤维状均匀的分散到具有生物降解性的聚脂而能使共聚物具有生物降解性。将脂肪族通用塑料如PE、PP、PS、PVC等共混，控制其相结构和分散状态，制得物理性能优秀的生物降解塑料；而天然矿物质生物崩坏塑料与碳酸钙填充改性聚烯烃塑料相似，为了适应环境的需要，研究开发了高填充碳酸钙母料以及专用料，以此制成薄膜、片材、盒等包装材料。吉林研究所研究了PE/碳酸钙类地降解材料。这类材料具有塑料用量低、能耗低、成本低等优点，然而密度大、气密性小、降解诱导期不宜控制以及力学性能较差的缺点，因此只能作为一次性使用的包装材料，其降解性还有待进一步研究。
生物降解型塑料的发展方向是A、利用纤维素、淀粉、甲壳质等高分子材料制取生物降解塑料，进一步开发改良天然高分子的功能与技术。B、利用高分子设计、精细合成技术合成生物降解塑料。通过对具有生物降解性的合成高分子生物降解机理的解析，制取生物降解塑料；同时对这类高分子与现有通用聚合物、天然高分子、微生物类聚合物等的镶段共聚进行研究开发；C、提高生物降解塑料的生物降解性能和降低其成本，并扩宽应用。D、降解速度的控制研究。总之，随着社会的需要，生物降解塑料会越来越受到重视，成为今后一个时期的重大研究课题。
PHA降解塑料是生物降解塑料中性能最为优良的，同时由于其成本较高，生产工艺较为复杂，目前还处于市场起步阶段。2010年全球的PHA的产能还不到8万吨，而其中美国的Metabolix公司有大约5万吨的产能，占据了市场上的60%以上。中国企业在PHA的生产工艺和研发上同样走得较为靠前，天津国韵生物材料有限公司拥有1万吨的PHA产能，宁波天安拥有2000吨的产能，深圳意可曼生物科技有限公司有5000吨的产能。日本的Kaneka公司，巴西的PHBIndustrial公司也是PHA行业的典型代表，这些公司都是PHA行业的推动者，虽然目前来说PHA的应用较为局限，导致Metabolix每年的实际销售量还不超过100吨，但是随着未来下游应用的逐渐拓展，尤其是在薄膜包装，农膜，食用餐具，无纺布等行业应用的进一步成熟，PHA的市场潜力巨大。
光、氧化/生物全面降解性塑料
是结合光降解、氧化降解与生物降解等多方面降解作用，以达到完全降解的作用，它是当前世界降解塑料的主要研究开发方向之一。这种塑料在美国的研究已有了较好的成绩，在我国仍然还是一项较为困难的研究课题之一。
热塑性淀粉树脂降解塑料
将淀粉分子变构而无序化，形成具有热塑性的淀粉树脂，再加入极少量的增塑剂等助剂，就是所谓的全淀粉塑料。其中淀粉含量在90%以上，而加入的少量其他物质也是无毒且可以完全降解的，所以全淀粉是真正的完全降解塑料。几乎所有的塑料加工方法均可应用于加工全淀粉塑料。全淀粉塑料是国内外认为最有发展前途的完全生物降解塑料。日本住友商事公司、美国Wanler lambert公司和意大利的Ferruzzi公司等宣称研制成功淀粉质量分数在90%～100%的全淀粉塑料，产品能在1年内完全生物降解而不留任何痕迹，无污染，可用于制造各种容器、薄膜和垃圾袋等。德国Battelle研究所用直链含量很高的改良青豌豆淀粉研制出可降解塑料，可用传统方法加工成型，作为PVC的替代品，在潮湿的自然环境中可完全降解。
二氧化碳基生物降解塑料
日本井上祥平等发现二氧化碳可与环氧化物开键开环聚合生成脂肪族聚碳酸酯(APC)，这是迄今最有应用前景的二氧化碳