生物可降解塑料的研究現(xiàn)狀及展望

孫馨

【摘 ?要】目前，我國是科技快速發(fā)展的新時期，傳統(tǒng)塑料在使用過程中，由于應(yīng)用領(lǐng)域廣，用量大，處理方法不正確等因素而產(chǎn)生一系列的環(huán)境問題，可降解塑料的出現(xiàn)為解決白色污染問題提供新的發(fā)展方向。文章闡述生物可降解塑料的基本原理，并介紹了一種新型生物可降解塑料，在世界各國的高度重視下，可降解塑料將取代傳統(tǒng)塑料走進各個領(lǐng)域而得到廣泛的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】塑料;生物可降解;新型可降解;環(huán)境保護

引言

隨著科技的飛速進步，環(huán)境問題日益突顯，特別是由塑料引發(fā)的“白色污染”問題。塑料存在于我們生活中的方方面面，從食品藥品到日常用具，從最普通的農(nóng)業(yè)到最高端的信息產(chǎn)業(yè)，都對塑料有著高需求。比如在汽車工業(yè)中，2000年平均制造每輛車消耗105kg的塑料，占全車重量的8%-12%。如奧迪A2型轎車，全車用料的24.6%都為塑料，重達220kg。發(fā)達國家的車用塑料已經(jīng)占到其塑料總消耗量的7%-11%，預(yù)計將達10%-11%。塑料，或者說是合成樹脂，是由化學(xué)單體聚合而成的一種有機高分子化合物。但普通塑料的降解時間通常在幾年到十幾年不等，甚至更久。在燃燒處理時，它會產(chǎn)生甲苯、氯化氫等有毒氣體。而塑料的生產(chǎn)需要石油，容易老化，這無疑大大地增加了資源的消耗與浪費?？茖W(xué)家們紛紛展開研究，探究如何在盡可能保持塑料性能的前提下，縮短其降解時間從而減少對環(huán)境的影響?？山到馑芰祥_始進入人們的視線。所謂可降解塑料，就是指通過某些方法，在不改變其功能的條件下降低原本塑料的穩(wěn)定性，使其幾乎能夠在自然環(huán)境中被完全降解的塑料?？山到馑芰弦云浣到馑俣瓤?、污染小而受到人們的青睞。本文就此淺談可降解塑料的研究進展。

1生物可降解塑料的種類及應(yīng)用

雖然當前的生物可降解塑料種類多樣且用途廣泛，但隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對其應(yīng)用提出了更高的要求，現(xiàn)有的常規(guī)生物可降解塑料已經(jīng)難以滿足實際應(yīng)用的需要。生物可降解塑料的改性可以在保證使用性能要求的前提下降低其生產(chǎn)成本，此外還可拓寬生物可降解塑料的應(yīng)用范疇，增加生物可降解塑料的附加值獲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廣、科技含量高，能夠創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟效益，是當前生物可降解塑料研究的熱點和難點。

2生物降解塑料的研究現(xiàn)狀

降解塑料是指一類其制品的各項性能可滿足使用要求，在保存期內(nèi)性能不變，而使用后在自然環(huán)境條件下能降解成對環(huán)境無害物質(zhì)的塑料。生物降解塑料是一種可在自然環(huán)境中降解消失的一種新型塑料，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環(huán)境中的材料，而且實現(xiàn)無污染處理的過程，可用的微生物有細菌、霉菌和藻類等。理想的生物降解塑料是一種高分子材料，它具有優(yōu)良的使用性能、可被環(huán)境中的微生物慢慢分解、最終它作為碳素循環(huán)的一個組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質(zhì)，可分為完全生物降解塑料和破壞性生物降解塑料兩種，第一種是完全降解型，它由淀粉、纖維素以及甲殼質(zhì)之類的天然高分子或農(nóng)副產(chǎn)品經(jīng)過微生物的發(fā)酵或合成為具有降解性的高分子而成;第二種是破壞型，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等多種類型。近些年，越來越多的科研團隊加入到生物降解塑料的研究中，其中典型成功案例是中國一所大學(xué)的科研團隊，他們主張要拓寬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，可以考慮其它小型昆蟲類，比如鱗翅目昆蟲、白蟻等，同時由于海洋中的蛀船蟲和鉆孔蚌能侵蝕塑料包裹的聚乙烯和海底電纜，也要考慮是否能從這些生物中分離能產(chǎn)生活性基團的關(guān)鍵酶及其基因，并在研究中大量克隆這種關(guān)鍵酶及其基因。新的思路和大量的研究發(fā)現(xiàn)，黃粉蟲的嚼噬作用，以及塑料碎片在腸道內(nèi)的胞外酶作用可分解并聚合成小分子產(chǎn)物，這種小分子產(chǎn)物在多種酶菌和黃粉幼蟲自身酶的作用下，進一步降解并形成幼蟲自身組織，腸道內(nèi)殘留的塑料泡沫碎片與一部分降解中間產(chǎn)物混合腸道內(nèi)的微生物，以蟲子糞便的形態(tài)排泄出體外，新的發(fā)現(xiàn)為生物降解塑料的研究注入一股新鮮的力量。

3可降解塑料的應(yīng)用

3.1在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用

塑料在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用最廣泛的是地膜。農(nóng)用地膜可保溫、保濕，維持土壤肥力，減少雜草的生長，避免蟲害的發(fā)生及保持土壤的疏松性與二氧化碳的保持率。作為覆蓋于地表的塑料，如果不及時處理或處理不當，很可能會使土壤板結(jié)，不利于作物的生長。而生物降解塑料則能近乎完美地解決這個問題。它能在被廢棄后很快地被土壤中的微生物所降解，污染程度極小。例如羰基結(jié)構(gòu)的PE和PVC、Ecolyte樹脂、Plastigone樹脂和LC系列樹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。還可根據(jù)農(nóng)作物培育和生長期的需要，生產(chǎn)出受控于時間的光降解塑料。

3.2化學(xué)改性

化學(xué)改性是將活性基團或單體以共價鍵的形式與生物可降解塑料結(jié)合，具體可分為共聚改性、擴鏈改性、接枝改性和交聯(lián)改性等?；瘜W(xué)改性可以使材料的韌性加強，改善力學(xué)性能和加工性能，同時也可降低生產(chǎn)成本。以甲基丙烯酸丁酯酸（BMA）為再生纖維素（RC）椰子殼（CS）生物復(fù)合膜的化學(xué)改性劑，在相同的CS含量下，BMA處理的RC/CS生物復(fù)合膜比未處理的生物復(fù)合膜具有更高的拉伸性能和結(jié)晶度指數(shù)?；谌芤禾幚矸椒ㄓ貌煌Ｅ菔╩Sp）改性PPC納米復(fù)合材料，改性的納米復(fù)合材料熱分解溫度隨著mSp含量的增加而提高，此方法是提高PPC性能最有效最簡便的方法之一。為了提高加工過程中PGA的熱穩(wěn)定性，合成了3種二酰肼金屬螯合劑，并與PGA熔融混合，N，N-雙（水楊酰）十二烷二酸二酰肼是合適的金屬螯合劑。以3-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷（MPS）為偶聯(lián)劑將再生纖維素納米晶體成功沉積到纖維的表面上，與未處理的再生纖維素相比，MPS降低了復(fù)合材料的剛度和強度。利用熔融共混法制備了PLA與聚己二酸/對苯二甲酸丁二酯聚（PBAT）復(fù)合材料，PLA的加入對PBAT基體的結(jié)晶熔融行為影響不大，但PLA有利于促進分散相冷結(jié)晶過程的產(chǎn)生。將PBS和PBAT以不同比例熔融混合，在PBS中添加PBAT使得共混物的流變性能如復(fù)數(shù)黏度、儲能模量和損耗模量增加;隨著PBAT組合物的增加，共混物發(fā)生相態(tài)變化，導(dǎo)致復(fù)數(shù)黏度值、儲能模量和損耗模量降低。

3.3PLA的酶促降解

PLA生物降解的本質(zhì)是微生物分泌的解聚酶作用的結(jié)果。文章對PLA解聚酶深入研究，進一步了解了PLA生物降解機理、促進PLA生物降解技術(shù)的發(fā)展。

結(jié)語

生物可降解塑料是新型降解塑料中的一種，由于它能被環(huán)境降解，達到人們的期望而引起世界各國對生物降解塑料的重視，新型生物降解塑料將在新研究成果下產(chǎn)生，也必將更好，更全面的被應(yīng)用于世界的各個領(lǐng)域。

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（作者單位：四川鑫達企業(yè)集團有限公司）