生物可降解塑料和淀粉基可降解塑料的比較

柯瓊賢 劉海平

本文介紹了生物可降解塑料和淀粉基可降解塑料的定義、分類、降解原理。分析了兩種不同可降解塑料的優(yōu)勢(shì)和存在的問(wèn)題，并作出結(jié)論。

定義

①生物降解塑料：指在自然界微生物（如細(xì)菌、霉菌和藻類）的作用下，可完全分解為低分子化合物的塑料。其特點(diǎn)貯存運(yùn)輸方便，只要保持干燥，不需避光，應(yīng)用范圍廣，不但用于農(nóng)用地膜、包裝袋，而且廣泛用于醫(yī)藥領(lǐng)域。②光生物降解塑料：光降解和微生物降解相結(jié)合的一類塑料，它同時(shí)具有光和微生物降解塑料的特點(diǎn)。③水降解塑料：在塑料中添加吸水性物質(zhì)，用完后棄于水中即能溶解掉，其代表的是淀粉基可降解塑料。

生物可降解塑料至今世界上還沒(méi)有統(tǒng)一的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化定義，但通常對(duì)可降解塑料所下定義是：在特定環(huán)境條件下，其化學(xué)機(jī)構(gòu)發(fā)生明顯變化，并用標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試方法測(cè)定物質(zhì)性能變化的塑料，生物可降解塑料分子鏈在垃圾處理系統(tǒng)或自然環(huán)境中，有微生物對(duì)其進(jìn)行生物降解，最終變成二氧化碳（或甲烷）和水，進(jìn)入生物聯(lián)合循環(huán)過(guò)程，完全為環(huán)境所消納，不留任何聚合物的碎片。

分類

①可生物降解合成高分子材料，如聚乳酸（PLA）和聚乙烯醇（PVA）等；②可生物降解聚酯塑料，如聚羥基丁酸酯（PHB和PHBV等）、聚丁二酸丁二醇酯（PBS）、聚己內(nèi)酯（PCL）及其共聚物和二氧化碳/環(huán)氧化合物共聚物（APC）等；③以利用植物中多糖類淀粉、纖維素和木質(zhì)素等，動(dòng)物中殼聚糖、聚氨基葡萄糖、動(dòng)物膠及海洋生物藻類等，與可生物降解聚合物共混制的完全生物降解塑料，如淀粉/聚乙烯醇，淀粉/脂肪族聚酯，淀粉/聚乳酸，和淀粉/聚丁二酸丁二醇酯等。

降解原理

可生物降解塑料原理：多數(shù)合成的純聚合物均有抗微生物侵蝕能力。但添加劑（如增塑劑、潤(rùn)滑劑、色素和抗氧劑等）則降低這種能力。增塑劑殘余脂肪酸如硬脂酸酯可被微生物降解并導(dǎo)致聚合物表面和性能甚至基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的破壞。已知微生物對(duì)天然聚合物降解作用，是生物合成所產(chǎn)生的酶蛋白質(zhì)來(lái)完成的。這些酶蛋白可著落在細(xì)胞壁上，或存在于細(xì)胞原生質(zhì)結(jié)構(gòu)中。有些酶能潛入周圍環(huán)境中，有些酶則在細(xì)胞內(nèi)，只有在細(xì)胞被溶解或機(jī)械破碎時(shí)才釋放出來(lái)。酶對(duì)生化反應(yīng)，只有高度專一的催化能力，在適宜的生理?xiàng)l件下迅速進(jìn)行。

淀粉基可降解塑料的原理：物理改性：理改性是指通過(guò)淀粉細(xì)微化、擠壓機(jī)破壞淀粉結(jié)構(gòu)或添加偶聯(lián)劑和增塑劑等添加劑以增加淀粉與通用塑料的相容性；化學(xué)改性：化學(xué)改性通常是向淀粉分子引入疏水基團(tuán)，使其在淀粉和合成樹(shù)脂之間起到增強(qiáng)相容性的作用，改性方法有酯化、羥烷基化或接枝共聚、醚化和交聯(lián)改性等；淀粉共混塑料：共聚型光解塑料主要通過(guò)共聚反應(yīng)在高分子主鏈引入羧基型感光基而賦予其光降解特性，并通過(guò)調(diào)節(jié)羧基型感光基因團(tuán)含量可控制光降解活性；全淀粉塑料：全淀粉型淀粉指以淀粉為主料（占90%以上），不添加任何石油化工原料一類產(chǎn)品。這里淀粉包括天然淀粉和改性淀粉。天然淀粉由于分子間存在氫鍵，溶解性很差，親水但并不易溶于水，且直接加熱時(shí)沒(méi)有熔融過(guò)程，300℃以上分解。

優(yōu)勢(shì)和存在問(wèn)題

生物塑料可不同程度進(jìn)行生物降解，且具有良好環(huán)保性能、原料再生等市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)。生物降解塑料由于有良好的降解性。

淀粉基降解塑料由于較高溫度下易急劇降解，因此以淀粉為基材的降解塑料加工溫度通常在150℃以下，而一般聚烯烴塑料加工溫度多在200℃左右，以此計(jì)算相同產(chǎn)量生物降解塑料的加工能耗明顯低于普通塑料。該降解材料在推行低碳經(jīng)濟(jì)方面將發(fā)揮重要作用。

可生物降解塑料價(jià)格相對(duì)高昂、某些性能指標(biāo)與傳統(tǒng)塑料還有一定差距，其市場(chǎng)接受度還不是很高。價(jià)格高是生物塑料推廣難的最主要原因。

淀粉基可降解塑料存在的問(wèn)題：成本和性能等方面的問(wèn)題。降解不徹底，仍然會(huì)造成環(huán)境污染。填充型和雙降解塑料的主要成分是合成樹(shù)脂，所以它們只能不完全降解，降解的結(jié)果導(dǎo)致材料整體力學(xué)性質(zhì)大幅度降低而崩潰成碎片或呈網(wǎng)架式結(jié)構(gòu)，其碎片更加難以收集處理。雖力學(xué)性能已達(dá)到傳統(tǒng)塑料的標(biāo)準(zhǔn)，但因淀粉本身具有吸水性，所以材料回潮吸水導(dǎo)致其力學(xué)性能嚴(yán)重下降，且淀粉含量越高，問(wèn)題越嚴(yán)重。有些淀粉塑料甚至能完全溶于水，因而其應(yīng)用范圍窄。

總體來(lái)說(shuō)兩大類塑料都是環(huán)保材料，都存在成本價(jià)格偏高，生物降解塑料比淀粉基塑料的降解能力還是要強(qiáng)，且受自然因素影響少，因此生物降解塑料比淀粉基塑料有優(yōu)勢(shì)，有望大利發(fā)展。