生物可降解塑料的研究现状及展望

【摘  要】目前，我国是科技快速发展的新时期，传统塑料在使用过程中，由于应用领域广，用量大，处理方法不正确等因素而产生一系列的环境问题，可降解塑料的出现为解决白色污染问题提供新的发展方向。文章阐述生物可降解塑料的基本原理，并介绍了一种新型生物可降解塑料，在世界各国的高度重视下，可降解塑料将取代传统塑料走进各个领域而得到广泛的应用。

【关键词】塑料;生物可降解;新型可降解;环境保护

引言

随着科技的飞速进步，环境问题日益突显，特别是由塑料引发的“白色污染”问题。塑料存在于我们生活中的方方面面，从食品药品到日常用具，从最普通的农业到最高端的信息产业，都对塑料有着高需求。比如在汽车工业中，2000年平均制造每辆车消耗105kg的塑料，占全车重量的8%-12%。如奥迪A2型轿车，全车用料的24.6%都为塑料，重达220kg。发达国家的车用塑料已经占到其塑料总消耗量的7%-11%，预计将达10%-11%。塑料，或者说是合成树脂，是由化学单体聚合而成的一种有机高分子化合物。但普通塑料的降解时间通常在几年到十几年不等，甚至更久。在燃烧处理时，它会产生甲苯、氯化氢等有毒气体。而塑料的生产需要石油，容易老化，这无疑大大地增加了资源的消耗与浪费。科学家们纷纷展开研究，探究如何在尽可能保持塑料性能的前提下，缩短其降解时间从而减少对环境的影响。可降解塑料开始进入人们的视线。所谓可降解塑料，就是指通过某些方法，在不改变其功能的条件下降低原本塑料的稳定性，使其几乎能够在自然环境中被完全降解的塑料。可降解塑料以其降解速度快、污染小而受到人们的青睐。本文就此浅谈可降解塑料的研究进展。

1生物可降解塑料的种类及应用

虽然当前的生物可降解塑料种类多样且用途广泛，但随着科学技术的发展，对其应用提出了更高的要求，现有的常规生物可降解塑料已经难以满足实际应用的需要。生物可降解塑料的改性可以在保证使用性能要求的前提下降低其生产成本，此外还可拓宽生物可降解塑料的应用范畴，增加生物可降解塑料的附加值获得具有特殊功能的新型高分子材料。生物可降解塑料的改性涉及面广、科技含量高，能够创造巨大的经济效益，是当前生物可降解塑料研究的热点和难点。

2生物降解塑料的研究现状

降解塑料是指一类其制品的各项性能可满足使用要求，在保存期内性能不变，而使用后在自然环境条件下能降解成对环境无害物质的塑料。生物降解塑料是一种可在自然环境中降解消失的一种新型塑料，它的降解原理是被自然界中存在的微生物分解成可融入自然环境中的材料，而且实现无污染处理的过程，可用的微生物有细菌、霉菌和藻类等。理想的生物降解塑料是一种高分子材料，它具有优良的使用性能、可被环境中的微生物慢慢分解、最终它作为碳素循环的一个组成部分存在于自然界。生物降解塑料按照生物分解的程度和性质，可分为完全生物降解塑料和破坏性生物降解塑料两种，第一种是完全降解型，它由淀粉、纤维素以及甲壳质之类的天然高分子或农副产品经过微生物的发酵或合成为具有降解性的高分子而成;第二种是破坏型，主要包括淀粉改性聚乙烯PE、聚丙烯PP、聚氯乙烯PVC、聚苯乙烯PS等多种类型。近些年，越来越多的科研团队加入到生物降解塑料的研究中，其中典型成功案例是中国一所大学的科研团队，他们主张要拓宽生物降解塑料的研究思路，研究方向不要只局限于天然的高分子或者微生物，可以考虑其它小型昆虫类，比如鳞翅目昆虫、白蚁等，同时由于海洋中的蛀船虫和钻孔蚌能侵蚀塑料包裹的聚乙烯和海底电缆，也要考虑是否能从这些生物中分离能产生活性基团的关键酶及其基因，并在研究中大量克隆这种关键酶及其基因。新的思路和大量的研究发现，黄粉虫的嚼噬作用，以及塑料碎片在肠道内的胞外酶作用可分解并聚合成小分子产物，这种小分子产物在多种酶菌和黄粉幼虫自身酶的作用下，进一步降解并形成幼虫自身组织，肠道内残留的塑料泡沫碎片与一部分降解中间产物混合肠道内的微生物，以虫子粪便的形态排泄出体外，新的发现为生物降解塑料的研究注入一股新鲜的力量。

3可降解塑料的应用

3.1在农业领域的应用

塑料在农业领域中应用最广泛的是地膜。农用地膜可保溫、保湿，维持土壤肥力，减少杂草的生长，避免虫害的发生及保持土壤的疏松性与二氧化碳的保持率。作为覆盖于地表的塑料，如果不及时处理或处理不当，很可能会使土壤板结，不利于作物的生长。而生物降解塑料则能近乎完美地解决这个问题。它能在被废弃后很快地被土壤中的微生物所降解，污染程度极小。例如羰基结构的PE和PVC、Ecolyte树脂、Plastigone树脂和LC系列树脂等制成的光降解塑料地膜，最后能在土壤中降解成不易造成污染的二氧化碳和水。还可根据农作物培育和生长期的需要，生产出受控于时间的光降解塑料。

3.2化学改性

化学改性是将活性基团或单体以共价键的形式与生物可降解塑料结合，具体可分为共聚改性、扩链改性、接枝改性和交联改性等。化学改性可以使材料的韧性加强，改善力学性能和加工性能，同时也可降低生产成本。以甲基丙烯酸丁酯酸（BMA）为再生纤维素（RC）椰子壳（CS）生物复合膜的化学改性剂，在相同的CS含量下，BMA处理的RC/CS生物复合膜比未处理的生物复合膜具有更高的拉伸性能和结晶度指数。基于溶液处理方法用不同海泡石（mSp）改性PPC纳米复合材料，改性的纳米复合材料热分解温度随着mSp含量的增加而提高，此方法是提高PPC性能最有效最简便的方法之一。为了提高加工过程中PGA的热稳定性，合成了3种二酰肼金属螯合剂，并与PGA熔融混合，N，N-双（水杨酰）十二烷二酸二酰肼是合适的金属螯合剂。以3-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷（MPS）为偶联剂将再生纤维素纳米晶体成功沉积到纤维的表面上，与未处理的再生纤维素相比，MPS降低了复合材料的刚度和强度。利用熔融共混法制备了PLA与聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯聚（PBAT）复合材料，PLA的加入对PBAT基体的结晶熔融行为影响不大，但PLA有利于促进分散相冷结晶过程的产生。将PBS和PBAT以不同比例熔融混合，在PBS中添加PBAT使得共混物的流变性能如复数黏度、储能模量和损耗模量增加;随着PBAT组合物的增加，共混物发生相态变化，导致复数黏度值、储能模量和损耗模量降低。

3.3PLA的酶促降解

PLA生物降解的本质是微生物分泌的解聚酶作用的结果。文章对PLA解聚酶深入研究，进一步了解了PLA生物降解机理、促进PLA生物降解技术的发展。

结语

生物可降解塑料是新型降解塑料中的一种，由于它能被环境降解，达到人们的期望而引起世界各国对生物降解塑料的重视，新型生物降解塑料将在新研究成果下产生，也必将更好，更全面的被应用于世界的各个领域。

参考文献：

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[5]李玲玲.新型可降解塑料[J].塑料科技，2001（2）：55.

（作者单位：四川鑫达企业集团有限公司）

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