降解塑料（degradable plastic）是指，在規(guī)定環(huán)境條件下，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間和包含一個(gè)或更多步驟，導(dǎo)致材料化學(xué)結(jié)構(gòu)的顯著變化而損失某些性能（如完整性、分子量、結(jié)構(gòu)或機(jī)械強(qiáng)度）和/或發(fā)生破碎的塑料。

    應(yīng)使用能反映性能變化的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法進(jìn)行測(cè)試，并按降解方式和使用周期確定其類別。降解塑料按照其設(shè)計(jì)的最終降解途徑分為生物分解塑料、可堆肥塑料、光降解塑料、熱氧降解塑料。

    生物分解塑料（biodegradable plastic）是指，在自然界如土壤和/或沙土等條件下，和/或特定條件如堆肥化條件下或厭氧消化條件下或水性培養(yǎng)液中，由自然界存在的微生物如細(xì)菌、霉菌和海藻等作用引起降解，并最終完全降解變成二氧化碳（CO2）或/和甲烷（CH4）、水（H2O）及其所含元素的礦化無(wú)機(jī)鹽以及新的生物質(zhì)的塑料。也就是通常所說(shuō)的生物降解塑料。生物可降解塑料除了PLA，還有哪些？

    生物降解塑料分類

    從原料來(lái)源的角度，我們將目前主流的生物降解塑料分為天然基可生物降解塑料，石油基可生物降解塑料和生物基可生物降解塑料三大類，其中，天然基降解塑料以淀粉基降解塑料為主，目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)降解塑料的生產(chǎn)企業(yè)都生產(chǎn)這類降解塑料。這類降解塑料通過(guò)聚烯烴和淀粉進(jìn)行聚合，能夠節(jié)約部分化石資源，也能夠減少20%-40%的二氧化碳排放。在降解性能方面，淀粉能夠被降解，但聚烯烴卻不能被降解。聚烯烴將以微小的顆粒繼續(xù)存在在自然界中，繼續(xù)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成危害。所以國(guó)際降解塑料的領(lǐng)先企業(yè)已經(jīng)逐漸放棄了這一技術(shù)路線。而生物基降解塑料和石油基降解塑料都是完全生物降解的材料，我們將重點(diǎn)分析這兩類在未來(lái)具有廣闊發(fā)展前景的降解塑料。

    生物基生物降解塑料：主導(dǎo)產(chǎn)品為PLA生物基生物降解塑料是指以天然高聚物或天然單體合成的高聚物為基所制造的可生物降解塑料。這類塑料目前主要包括聚乳酸（PLA）和聚羥基烷酸酯（PHA）兩大類。

    1.聚3-羥基烷酸酯（PHA）

    聚羥基脂肪酸酯是由微生物通過(guò)各種碳源發(fā)酵而合成的不同結(jié)構(gòu)的脂肪族共聚聚酯。其中最常見(jiàn)的有聚3-羥基丁酸酯（PHB）、聚羥基戊酸酯（PHV）及PHB和PHV的共聚物（PHBV）。

    聚烴基脂肪酸脂（PHA）是由很多細(xì)菌合成的一種細(xì)胞內(nèi)聚酯，具有生物可降解性、生物相容性等許多優(yōu)良性能，在生物醫(yī)學(xué)材料、組織工程材料、緩釋材料、電學(xué)材料以及包裝材料等方面將發(fā)揮其重要的作用。其中最常見(jiàn)的有聚3-羥基丁酸酯（PHB）和聚羥基戊酸酯（PHV）及PHB和PHV它們的共聚物（PHBV）。通過(guò)共聚（PHBV）可以改善PHB因其結(jié)晶度高、較脆的弱點(diǎn)，提高了其機(jī)械性能，另外耐熱性、耐水性也好。由于價(jià)格高目前主要還是應(yīng)用在醫(yī)學(xué)和其他要求高的領(lǐng)域。

    2.聚乳酸（PLA）

    聚乳酸（PLA）是一種新型的生物降解材料，使用可再生的植物資源（如玉米）所提出的淀粉原料制成。淀粉原料經(jīng)由發(fā)酵過(guò)程制成乳酸，再通過(guò)化學(xué)合成轉(zhuǎn)換成聚乳酸。其具有良好的生物可降解性，使用后能被自然界中微生物完全降解，最終生成二氧化碳和水，不污染環(huán)境，這對(duì)保護(hù)環(huán)境非常有利，是公認(rèn)的環(huán)境友好材料。

    然而，工業(yè)實(shí)際生產(chǎn)聚乳酸的工藝流程卻比化學(xué)反應(yīng)式復(fù)雜的多：如何增加聚乳酸的分子量，以獲得更優(yōu)異的物理性能是聚乳酸塑料生產(chǎn)商共同面對(duì)的問(wèn)題。其中，擁有世界最大聚乳酸產(chǎn)能的NatureWorks公司采用兩步法制備聚乳酸，這一方法的核心是使乳酸生成環(huán)狀二聚體丙交酯，再開(kāi)環(huán)縮聚成聚乳酸。我國(guó)海正集團(tuán)與中科院共同研制的聚乳酸生產(chǎn)技術(shù)也與此相似，主要過(guò)程是原料經(jīng)微生物發(fā)酵制得乳酸后，再經(jīng)過(guò)精制、脫水低聚、高溫裂解，最后聚合成聚乳酸。日本在真空下使用溶劑使聚乳酸直接脫水縮聚方面進(jìn)行了大量的研究，但目前尚沒(méi)有產(chǎn)業(yè)化。

    聚乳酸有良好的防潮、耐油脂和密閉性，在常溫下性能穩(wěn)定，但在溫度高于55℃或富氧及微生物的作用下會(huì)自動(dòng)降解。

    聚乳酸的降解分成兩個(gè)階段：

    1）首先是純化學(xué)水解成乳酸單體；2）乳酸單體在微生物的作用下降解成二氧化碳和水。聚乳酸制成的食品杯只需60天就可以完全降解，真正達(dá)到生態(tài)和經(jīng)濟(jì)雙重效應(yīng)。

    化石基生物降解塑料：主導(dǎo)產(chǎn)品為PBAT與PBS石油基生物降解塑料是指以石化產(chǎn)業(yè)鏈中所生產(chǎn)的單體通過(guò)聚合所制造的可生物降解塑料。這類塑料目前主要包括聚丁二酸丁二醇酯（PBS）/聚丁二酸-己二酸丁二醇酯（PBSA），聚已內(nèi)酯（PCL）和聚丁二醇丁二酸-對(duì)苯二酸鹽（PBAT）等。

    1.聚ε-己內(nèi)酯（PCL）

    聚ε-己內(nèi)酯（PCL）是由ε-己內(nèi)酯經(jīng)開(kāi)環(huán)聚合得到的低熔點(diǎn)聚合物，其熔點(diǎn)僅62℃。PCL的降解性研究從1976年就已開(kāi)始，在厭氧和需氧的環(huán)境中，PCL都可以被微生物完全分解。

    與PLA相比，PCL具有更好的疏水性，但降解速度較慢；同時(shí)其合成工藝簡(jiǎn)單、成本較低。PCL的加工性能優(yōu)良，可用普通的塑料加工設(shè)備制成薄膜及其它制品。

    同時(shí)，PCL和多種聚合物具有很好的相容性，如PE、PP、PVA、ABS、橡膠、纖維素及淀粉等，通過(guò)共混，以及共聚可得到性能優(yōu)良的材料。尤其是其與淀粉的共混或共聚，既可保持其生物降解性，又可降低成本，因而深受注目。

    PCL與淀粉共混可得到耐水性好的降解塑料，其價(jià)格與紙張相近；利用原位聚合方法，可將ε-己內(nèi)酯與淀粉接枝，得到性能優(yōu)良的熱塑性聚合物。

    2.聚酯類--PBS/PBSA

    與同類產(chǎn)品比較，聚酯生物分降塑料的優(yōu)點(diǎn)：

    1）上述生物分降塑料（聚乳酸、聚ε-己內(nèi)酯、聚羥基烷基酸酯）的致命弱點(diǎn)之一就是耐熱性差，這影響了它在餐飲領(lǐng)域的應(yīng)用推廣。

    2）上述生物分降塑料（聚乳酸、聚ε-己內(nèi)酯、聚羥基烷基酸酯）加工工藝條件苛刻，產(chǎn)業(yè)化上存在一些無(wú)法的困難。

    3）聚乳酸是水降解生物塑料，保存過(guò)程中不能接受水分子，在普通儲(chǔ)存和正常使用過(guò)程中性能無(wú)法得到保證。

    聚丁二酸丁二醇酯（PBS）是典型的聚酯生物分降塑料，正是由于克服了以上弱點(diǎn)，成為生物降解塑料材料中的佼佼者，用途極為廣泛，可用于包裝、餐具、化妝品瓶及藥品瓶、一次性醫(yī)療用品、農(nóng)用薄膜、農(nóng)藥及化肥緩釋材料、生物醫(yī)用高分子材料等領(lǐng)域。

    PBS綜合性能優(yōu)異，與其他生物降解塑料相比，PBS力學(xué)性能優(yōu)異，接近PP和ABS塑料；

    PBS和PCL、PHB、PHA等降解塑料相比，價(jià)格基本一致；

    耐熱性能好，熱變形溫度接近100℃，改性后使用溫度可超過(guò)100℃，可用于制備冷熱飲包裝和餐盒，克服了其他生物降解塑料耐熱溫度低的缺點(diǎn)；

    加工性能非常好，可在現(xiàn)有塑料加工通用設(shè)備上進(jìn)行各類成型加工，是目前降解塑料加工性能最好的，同時(shí)可以共混大量碳酸鈣、淀粉等填充物，得到價(jià)格低廉的制品；

    PBS生產(chǎn)可通過(guò)對(duì)現(xiàn)有通用聚酯生產(chǎn)設(shè)備略作改造進(jìn)行，目前國(guó)內(nèi)聚酯設(shè)備產(chǎn)能嚴(yán)重過(guò)剩，改造生產(chǎn)PBS為過(guò)剩聚酯設(shè)備提供了新的機(jī)遇。另外，PBS只有在堆肥等接觸特定微生物條件下才發(fā)生降解，在正常儲(chǔ)存和使用過(guò)程中性能非常穩(wěn)定。

    PBS以脂肪族丁二酸、丁二醇為主要生產(chǎn)原料的，既可以通過(guò)石油化工產(chǎn)品滿足需求，也可通過(guò)淀粉、纖維素、葡萄糖等自然界可再生農(nóng)作物產(chǎn)物，經(jīng)生物發(fā)酵途徑生產(chǎn)，從而實(shí)現(xiàn)來(lái)自自然、回歸自然的綠色循環(huán)生產(chǎn)。而且采用生物發(fā)酵工藝生產(chǎn)的原料，還可大幅降低原料成本，從而進(jìn)一步降低PBS成本。


 

責(zé)任編輯：王元

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