第五部分：合成可降解材料和天然可降解材料

一、 概述

所谓环境降解材料，一般指可被环境自然吸收、消化、分解，从而不产生固体废弃物的一类材料。一些天然成分的材料如木材、竹材，以及一些由天然纤维加工的纸制品，一些天然提取物如甲壳素、玉米蛋白等是自然的环境降解材料。人工合成的环境降解材料，目前主要有两类，一类是仿生物材料中的生物降解磷酸盐陶瓷材料，另一类就是目的产量最大、用途最多的生物降解塑料。

1、 生物降解塑料的研究背景

塑料具有优异的特性，广泛应用于国民经济的各个领域。塑料的产量和用量不断增加，随之出现的问题是废弃塑料量也不断增加。通常所说的废塑料主要有三种：一种是聚乙烯，主 要用来做农业上的塑料薄膜、购物袋；另一种是聚丙烯。一般用做装水泥与化肥的编织袋，建筑防护用的安全棚，包装用的打包带等；还有一种是聚苯乙烯，主要用做泡沫减震塑料、快餐饭盒，包装填充物。

所谓白色污染就是由各种用过的，难以被大自然消化的塑料饮瓶、塑料包装袋、农用塑料薄膜、塑料填重材料等作为垃圾被抛弃，引起的一种白色垃圾污染现象。

普通的高分子塑料在自然环境分解速度很慢。大量使用和废弃高分子塑料使其长期在环境中大量积累，是白色污染遍及全球的主要原因。

2、 生物降解塑料的分类

生物降解塑料是指具有满意的使用性能，且使用后能被自然界微生物或光最后完全分解成二氧化碳、水及其他低分子化合物使之成为自然界中碳素循环的一个组成部分的一类高分子材料。

到目前为止，有关生物降解塑料的开发可分为四大类：淀粉填充型、微生物合成型、化学合成型、天然物质利用型等。 淀粉填充型

淀粉因其价廉物美，又是一种易于工业化的材料，使其成为可降解塑料的一种重要原料。目前市场上出现的淀粉聚合物就是由淀粉制备的生物降解塑料。淀粉填充型可降解塑料的一个缺点是其耐水性较差。改性方法是将原料制备成热塑性淀粉，再与少量的聚烯烃塑料共混，以改善其耐水性；另一种改性方法是把淀粉进行疏水化处理，即在天然淀粉的大分子上接枝疏水性基团以达到增强其耐水性的目的。表5-1是淀粉塑料和聚乙烯塑料的力学性能比较。可见，淀粉塑料的弹性模量、剪切模量和延伸率等性能指标都介于低密度聚乙烯(LDPE)和高密度聚乙烯(HDPE)之间，表明淀粉塑料的性能可与聚乙烯塑料相媲美。

表5-1淀粉塑料和聚乙烯塑料的力学性能比较

微生物合成型

开发生物降解高分子材料。目前的一个研究热点是采用生物工程技术来合成生物降解高分子材料，主要成分是微生物聚酯，以得到更廉价的可降解塑料产品。例如，运用遗传工程把白杨木的叶子干燥，磨碎成细粉末，然后萃取出叶绿体，就可从白杨木的叶绿体中得到聚羟基丁酸酯(PHB)的母粒料，从而获得PHB降解塑料。英国利用原核生物和真菌的细胞在分子水平上合成PHB并已获美国专利。