生物降解塑料的定義及分類

生物降解塑料的定義：

生物降解塑料，是指通過微生物、水、光、熱等因素作用下，在自然環(huán)境中逐漸分解的為簡單的化學(xué)物質(zhì)水、二氧化碳、甲烷、生物質(zhì)等物質(zhì)，并不會對環(huán)境和生態(tài)造成危害。生物降解塑料是一種較新的可持續(xù)發(fā)展技術(shù)，通過提高塑料材料的生物降解性能，減少塑料污染，在環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展中具有重要的意義。

生物降解塑料被廣泛應(yīng)用于日常生活中，如購物袋、垃圾袋、一次性餐盒、杯蓋等。與傳統(tǒng)的普通塑料相比，生物降解塑料有許多有事，例如：降低環(huán)境污染；減少垃圾清理工作量；提高塑料回收利用率等。

生物降解塑料分類：

①、微生物合成塑料

此類塑料是在微生物的酶作用下合成的具有生物降解性的聚酯。特殊的微生物以糖類、有機酸為原料，經(jīng)過發(fā)酵、合成作用，在體內(nèi)生產(chǎn)出聚羥基烷酸（PHAS）、聚羥基脂肪酸酯（PHB）等具有脂肪族結(jié)構(gòu)，以酯基為主鏈的聚酯。此類物質(zhì)在微生物的酶催化作用下可自行斷裂成低分子量的碎片，并進一步被微生物吸收，完全分解成二氧化碳和水。

以此類塑料制成的袋子、瓶、地膜等，分解性能顯著，且耐磨性、耐水性、可塑性、機械性等各方面性能都十分良好。

早在2012年，歐盟的PHBOTTLE研發(fā)團隊就利用果汁飲料加工業(yè)廢棄物生產(chǎn)出了廉價的全生物降解塑料PHB，在變廢為寶的同時，又有效降低了廢水中有機污染物含量。

②、天然高分子塑料

天然高分子塑料的主要原料是自然界中存在的一些聚合物，其中最具有代表性的便是全淀粉塑料。全淀粉塑料是一種有熱塑性的淀粉。

普通淀粉沒有熱塑性，因為淀粉是一種多羥基醛（葡萄糖）的聚合物，其結(jié)構(gòu)中大量的羥基導(dǎo)致淀粉易形成分子內(nèi)和分子間的氫鍵，這些氫鍵造成淀粉的熔融溫度大幅提高，遠高于其分解溫度，造成了普通淀粉加熱時未熔融先分解的現(xiàn)象，因此無法制成塑料。

但通過改變分子內(nèi)的雙螺旋結(jié)晶結(jié)構(gòu)，減少分子內(nèi)氫鍵的數(shù)量，可以達到降低淀粉熔融溫度的目的，從而使淀粉擁有了良好的熱塑性，這種改性淀粉也被稱為“無構(gòu)淀粉”。

由無構(gòu)淀粉制備全淀粉塑料的工藝有擠出、注射、壓膜等，并用水、甘油等做增塑劑，加工方法、增塑劑比例不同，塑料的性能也不盡相同。

③、合成生物降解塑料

1、淀粉基生化合成塑料是以淀粉為基礎(chǔ)經(jīng)改造得到的性能更加優(yōu)良的可降解材料。主要有聚羥基脂肪酸酯（PHA）和聚乳酸（PLA）。PHA是普遍存在于多種細菌中的一類胞內(nèi)聚酯的總稱，具有良好的機械性能和優(yōu)異的生物相容性以及生物可降解性。

淀粉由一定的菌種經(jīng)無氧呼吸（發(fā)酵），即可得到乳酸，乳酸經(jīng)脫水縮合形成聚乳酸（PLA），又稱聚丙交酯。由玉米、木薯等作物提取出的淀粉都可成為聚乳酸的原料，來源充足且可循環(huán)再生，是最具前景的可降解塑料之一。

聚乳酸具有優(yōu)良的物理性能、可降解性、生物相容與可降解性和抑菌及抗霉性,因而聚乳酸在農(nóng)用、醫(yī)用、紡織等多領(lǐng)域皆有廣闊的發(fā)展空間和巨大的應(yīng)用潛力。

2、聚乳酸材料簡介，聚乳酸(PLA)是一種熱塑性脂肪族聚酯，可從玉米、馬鈴薯或淀粉材料中提取，并在一定土壤和堆肥條件下可完全降解為二氧化碳和水，不會造成環(huán)境污染。PLA具有出色的生物相容性，可生物降解性、熱性能和力學(xué)性能，被廣泛應(yīng)用于一次性餐具、食品包裝和生物醫(yī)療器具等方面。

2.PBAT是一種生物可降解的聚合物，由丁二酸、丁二醇和對苯二甲酸酯組成，在對分條件下，能夠被微生物完全分解，不會留下任何有毒殘留物，這使其成為不可生物降解塑料等有毒或有害材料的絕佳替代品。PBAT 在理想的堆肥環(huán)境中分解大約需要 60-120 天，而塑料則需要 400 多年！PBAT 在分解時也不會向環(huán)境釋放任何有毒氣體，并且不會留下微塑料。當(dāng) PBAT 在垃圾填埋場環(huán)境中時，它需要更長的時間才能分解（例如幾年，具體取決于環(huán)境），但這仍然比塑料短得多。

3、PBAT簡介，它的加工性能與LDPE非常相似，主要應(yīng)用于膜袋領(lǐng)域，尤其是食品包裝和地膜、農(nóng)膜；另外，PBAT也可作為某些產(chǎn)品的防水涂層，例如紙杯；以及紡織應(yīng)用；餐具、桌布等消費品；醫(yī)用紗布等；衛(wèi)生用品（尿布）；和個人防護裝備，如手套、呼吸面罩等。

這其中PBAT應(yīng)用最為常見的一個領(lǐng)域就是超市購物袋，大家如果留心可以發(fā)現(xiàn)，自限塑令、禁塑令出臺并執(zhí)行以后，各大超市的購物袋做出了很大程度上的改變，手感上變的更加細膩、柔軟，其主要成分就是采用PBAT以及PLA制成的可生物降解塑料代。

3、聚丁二酸丁二醇酯（PBS）簡介，是一種白色半結(jié)晶型聚合物，結(jié)構(gòu)簡式為H-[O(CH2)4OOC(CH2)2CO]n-OH；易溶于氯仿，略溶于四氫呋喃，在水、甲醇或乙醇中幾乎不溶。根據(jù)不同的分子結(jié)構(gòu)和分子量，結(jié)晶度范圍為30%~60%，結(jié)晶化溫度為75℃。

其結(jié)構(gòu)單元中含有易水解的酯基，在堆肥等接觸特定微生物等條件下，易被自然界中的多種微生物或動、植物內(nèi)的酶分解、代謝，最終形成CO2和H2O，而避免污染環(huán)境，其中，分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)、分子量大小、形態(tài)分布、熔點、結(jié)晶度對降解過程都有不同的影響。

4、聚碳酸亞丙酯（PPC）介紹
PPC是以二氧化碳和環(huán)氧丙烷為原料合成的一種完全可降解的環(huán)保塑料，也是目前最有希望的環(huán)保塑料之一。PPC顯著特點是具有
生物降解性和生物相容性，具有抗沖擊韌性、透明性和無毒性，具有優(yōu)異的阻隔性，被廣泛應(yīng)用在藥物緩釋劑、可吸收縫合線、一次性餐具、食品降解泡沫材料、板材等。

PPC的缺點是耐熱性和力學(xué)性能較差，因此PPC常與其他材料進行混合改性。除了與聚烯烴等共混以提高制品耐溶劑性、隔氧性外，還可以與降解材料PLA、PBAT、PBS等共混。

5、PCL材料簡介，聚己內(nèi)酯是通過ε－己內(nèi)酯在金屬陰離子絡(luò)合催化劑催化下開環(huán)聚合形成的一種可降解的合成高分子材料。它不溶于水，但可溶于多種有機溶劑；在自然環(huán)境下可完全降解為二氧化碳和水，降解產(chǎn)物能夠被機體吸收或排除體外，良好的生物相容性使其被廣泛地用于藥物控釋中。

6、.PGA簡介PGA中文名稱聚乙醇酸，又稱聚羥基乙酸，它是一種單元碳數(shù)最少、降解速度最快的脂肪族聚酯類高分子材料。通過生物降解，并最終被完全分解變成二氧化碳和水，不含任何殘留。

PGA擁有良好的生物相容性、極高的機械強度和優(yōu)異汽氧阻隔性三大特點，其用途主要在三個方面：

1）高端醫(yī)用材料，如醫(yī)療外科手術(shù)縫合線、骨折內(nèi)固定、組織工程修復(fù)材料及藥物控制釋放體系等；

2）環(huán)境友好的封堵材料，如原油開采中的壓裂球或暫堵球（橋塞），代替鎂鋁合金材質(zhì)；

3）一次性塑料透氣薄膜，如保鮮包裝和農(nóng)用膜材料，替代現(xiàn)有多種塑料。

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