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生物降解塑料的发展现状及应用前景探究摘要：白色污染是环境污染的重要元凶之一，可降解塑料是解决白色污染最直接的手段。
可降解塑料包括生物降解塑料、水降解塑料、光/生物降解塑料等。
为深入了解生物降解塑料的应用及价值，文章研究生物降解塑料的发展历程，并对其未来发展进行展望，一方面推动生物降解塑料的应用，另一方面了解可降解塑料使用规模，为相关人士提供参考。
关键词：生物降解塑料；发展现状；应用前景塑料是现代化工业及人类生活最重要的基础材料之一，由于传统塑料不可降解，可对环境造成可持续性损害，因此可降解塑料的研发及应用成为各国关注的热点课题。
生物降解塑料是可降解塑料的一种，据初步统计，2021年全球生物降解塑料消费量达到1200kt左右，涉及众多行业。
由此可见，生物降解塑料得到极为广泛的应用，成为健康有序地推动产业发展的重点，研究生物降解塑料的发展历程也成为学术界的核心话题之一。
1、生物可降解塑料的发展现状生物降解塑料依照程度划分可分为部分降解、完全降解两种。
部分降解包括淀粉基塑料，完全降解塑料包括聚丙交酯塑料、石油基可降解塑料等。
1.1 PLA聚丙交酯塑料即PLA，通过乳酸直接缩聚制备法制备时成品分子质量较低，适用场景相对受限。
对此，有学者对制备工艺进行优化，即先用乳酸制备丙交酯，随后在催化作用下进行开环聚合，制备分子量约为700000的聚丙交酯塑料。
乳酸分子含有手性碳原子、光学异构体，所以聚丙交酯也可称为聚左旋乳酸。
聚左旋乳酸为部分结晶性聚合物，具有质地硬的特点。
相比传统塑料，聚丙交酯没有毒害作用，和生物相容性良好，并且透明度高，满足塑料制品的使用需求。
202等国。
美国企聚丙交酯生产企业以NatureWorks为主，是全球最大的聚丙交酯生产商，产能约为每年180000吨。
我国聚丙交酯生核心生产企业坐落在浙江，浙江海正生物材料集团产能约65000吨。
目前，我国兴起了大量的聚丙交酯生产企业，并着力研发新型生物可降解塑料，如山东同邦、浙江友诚、安徽丰源泰富等。
生物可降解塑料的应用研究现状及发展方向首先，生物可降解塑料的应用研究现状主要体现在以下几个方面：1.食品包装材料：由于生物可降解塑料对食品具有良好的保护和存储性能，因此被广泛应用于食品包装领域。
如聚乳酸（PLA）被用于制作食品容器、餐具、薄膜等。
2.农业用途：生物可降解塑料在农业领域的应用主要涉及覆盖膜、育苗盘、农膜等。
这些材料具有保温、保湿、抑草、透气等特点，并且能够降解为有机肥料，不会对土壤造成污染。
3.医疗领域：生物可降解塑料在医疗器械、缝线和医药包装中得到广泛应用。
例如，聚己内酯（PCL）被用于制作可降解的缝合线，可以在人体内慢慢降解，避免了二次手术的不便。
4.一次性用品：生物可降解塑料在一次性用品领域得到广泛应用，如餐具、塑料袋等。
这些塑料制品一旦被丢弃，能够较快地降解成环境友好的物质，减少对环境造成的污染。
其次，生物可降解塑料的发展方向如下：1.提高塑料的韧性：当前生物可降解塑料在力学性能方面仍然存在挑战，比如抗拉强度低、韧性不足等问题。
因此，研究人员将致力于改善塑料的力学性能，提高其应用的范围和可行性。
2.提高生物降解速度：当前生物可降解塑料的降解速度在自然环境下较慢，有些甚至需要数年才能完全降解。
未来的研究方向是开发新的降解菌株，设计可降解塑料的结构和添加降解助剂，以提高降解的速率。
3.提高生产效率和降低成本：生物可降解塑料的生产成本较高，限制了其大规模应用。
解决这一问题的关键是开发高效的生物合成工艺，并利用廉价的原料进行生产。
4.探索新的应用领域：除了食品包装、农业和医疗领域之外，生物可降解塑料还可以在其他领域得到应用。
例如，汽车工业、建筑材料、纺织品等。
未来的研究应该重点发展这些新的应用领域，进一步推动生物可降解塑料的发展和应用。
总之，生物可降解塑料的应用研究现状已经取得了一定的进展，但仍然面临一些挑战。
通过提高塑料的力学性能、降解速度，降低生产成本等方面的研究，可以进一步推动生物可降解塑料的应用，并促进可持续发展。
生物可降解塑料的研究与应用随着环保意识的不断提高，越来越多的人开始重视生物可降解塑料，它是一种天然可分解的聚合物材料。
与传统石化塑料相比，生物可降解塑料具有良好的可降解性、可生物降解性、可循环利用性和可再生性等优点。
因此，其应用前景广阔，对于缓解环境问题、保护自然生态系统和实现可持续发展具有积极的意义。
一、生物可降解塑料的研究进展生物可降解塑料属于天然聚合物材料，主要包括淀粉类、聚乳酸类、聚己内酯类、纤维素类和蛋白质类等。
其中，淀粉类生物可降解塑料具有良好的可生物降解性和可再生性，可以通过将淀粉加工成淀粉纤维、淀粉块料、淀粉酯类塑料等形式进行应用。
聚乳酸类生物可降解塑料因其生产工艺简单、可重复利用和可生物降解等特点，也逐渐成为了材料领域的热点。
纤维素类生物可降解塑料属于天然聚合物材料，由于其来源丰富、可生物降解、改性容易等特点，常被用于生物医用材料和包装材料等方面的应用。
蛋白质类生物可降解塑料也受到了广泛的研究，其优点为成本低、申请专利较少、弹性较好等特点。
二、生物可降解塑料的应用现状生物可降解塑料在食品包装、医疗器械、土壤修复和纺织品等方面得到了较广泛的应用。
食品包装领域是生物可降解塑料应用的主要领域之一，淀粉类生物可降解塑料能够与石化塑料相媲美，具有良好的可操作性和加工性能。
在农业领域，生物可降解塑料非常适合用于果蔬保鲜、土壤改良和可重复利用性方面的应用。
医疗器械方面，生物可降解塑料因其可被生物分解吸收的性质受到了广泛研究，主要应用于骨内固定器和缝合线等方面的应用。
纺织品领域中，蛋白质类生物可降解纤维可被应用于衣服和内衣等方面。
三、生物可降解塑料的前景生物可降解塑料作为一种可持续发展的材料，具有广阔的应用前景。
国际上越来越多的国家对于环境问题的关注也越来越高，多数国家对于就地取材，保护环境、应用生物可降解塑料的政策倾向也在不断增加。
在未来的发展中，生物可降解塑料将会在运动装备及鞋类、家具、包装、日用品、教育用品、现代家居、食品和饮料等领域得到更多的应用，这对于环境保护和可持续发展具有重大意义。
生物可降解塑料的应用研究现状和发展方向汇总生物可降解塑料是指由可再生生物质或微生物合成的塑料，具有优良的可降解性能，能够在自然环境中被微生物分解并最终转化为二氧化碳和水。
与传统塑料相比，生物可降解塑料具有较低的能耗、较少的污染，具有更好的环境友好性和可持续性。
以下是对生物可降解塑料的应用、研究现状和发展方向的汇总：应用领域：1.包装领域：生物可降解塑料可用于食品包装袋、一次性餐具等，符合环保和卫生要求。
2.农业领域：生物可降解塑料可以应用于农膜、肥料包装袋等，可以有效减少农业用塑料的污染。
3.医疗领域：生物可降解塑料可用于医疗器械、医疗包装等，不仅具有良好的安全性，还可以降低医疗废弃物的处理难度。
4.纺织领域：生物可降解塑料纤维可用于制造纺织品，具有抗菌性和温感性能，且易于降解。
5.3D打印领域：生物可降解塑料可应用于3D打印材料，可以减少废弃物产生，降低对环境的影响。
研究现状：1.材料种类丰富：目前已经研发出多种生物可降解塑料，包括聚乳酸（PLA）、混酯（PHA）、聚酯淀粉酯（PBS）等，可以根据具体需求选择不同的材料。
2.性能改进：研究人员正在努力改善生物可降解塑料的力学性能、氧气透过性、水分敏感性等方面的问题，以提高其实际应用性能。
3.复合材料：将生物可降解塑料与其他材料进行复合，可以获得具有更好性能的材料，如生物降解塑料与木材粉末的复合材料等。
4.微生物合成：通过微生物发酵合成生物可降解塑料，不仅可以减少对化石能源的依赖，还可以提高材料的可持续性。
发展方向：1.实现规模化生产：目前，生物可降解塑料的生产成本相对较高，规模化生产仍然是一个挑战。
未来的发展方向是降低生产成本，提高生产效率，使其能够替代传统塑料。
2.提高性能稳定性：目前生物可降解塑料在高温、高湿等环境下的稳定性较差，需要进一步提高其热稳定性、湿热稳定性等性能。
3.新材料开发：继续开发新的生物可降解原料和新型生物可降解塑料，以满足不同领域的需求。
可降解塑料的应用现状及发展前景摘要：人们环保意识的增强和政策实施，都要求可降解塑料加快开发和应用。
本文介绍了可降解塑料的分类，阐述了我国可降解塑料在供给端和需求端的市场发展现状，最后分析了我国可降解塑料的发展前景。
关键字：可降解，塑料，发展1.引言我们生产的塑料制品大部分会通过填埋处理后进入自然环境，而塑料的自然降解时间可以达到上百年，长期将形成对土壤、水资源、生态的污染和破坏。
寻找塑料制品的替代物成为国内外关注重点。
2020年我国出台《关于进一步加强塑料污染治理的意见》，再一次加大了对塑料污染的整治。
人们环保意识的增强和政策实施，都要求可降解塑料加快开发和应用。
可降解塑料具有传统塑料的功能，通过分子链的筛选可以实现自然状态下的生物降解，在一定存储条件下经过数十天到一年就可以从高分子聚合态降解成对环境无害的和，成为传统塑料的最佳替代方案。
1.可降解塑料的分类根据降解原理，可降解塑料分为光降解塑料、生物降解塑料和光-生物双降解塑料。
光降解塑料，是在太阳光照射下，塑料碳碳长链在紫外线辐射下发生光引发作用，被分裂成较低分子量的碎片，然后这些片段再被惊一步分解成水和二氧化碳。
光降解塑料可以通过添加光敏剂或采用共聚的方式导入光敏基团进行制备，降解过程需要充足光照。
生物降解塑料，是可以被自然界中的细菌、霉菌、藻类等微生物分解成对自然环境无害的小分子，进入碳素循环的材料。
生物分解的程度不同，有的可以完全降解，这种塑料是由淀粉、纤维素以及甲壳质之类的天然高分子组成，或者由农副产品经过微生物发酵形成具有降解性的高分子组成，均是天然生物分子，如聚乳酸（PLA）、聚羟基二甲脂（PHAs）等。
有的生物分解为生物破坏型塑料，由淀粉等天然高分子与聚乙烯、聚丙烯等合成高分子，通过天然成分的生物降解达到破坏共聚物结构的目的，如聚苯乙烯PS、聚丙烯PP等。
由于降解条件宽泛，生物塑料降解是目前市场化程度较高的可降解塑料类型。
光-生物双降解塑料，结合了光降解和生物降解机理，克服了光照不足不易降解和生物降解塑料加工工艺复杂的缺点，但目前处于研发阶段，市场化程度较低。
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GDGM-QR-03-077-A/1Guangdong College of Industry & Commerce毕业综合实践报告Graduation synthesis practice report可降解塑料的研究现状及发展前景Research status and development prospects of degradableplastics系别：机械工程系班级：11材料2班学生姓名：方晓聪学号：1132201指导老师：邓小艳完成日期：内容提要摘要：目前,塑料已经成为人们生产和生活中常用的一种材料。
随着塑料产量的不断增长及其用途的不断扩大,其废弃物也与日俱增，带来了严重的环境污染问题。
使用高分子材料所造成的白色污染近年来受到各国的广泛重视，从而推动了可降解塑料的研究和发展。
可降解性塑料是解决垃圾、海洋污染和城市固体废弃物处理的可靠办法。
因此,在研究废旧塑料回收利用技术的同时,可降解塑料作为最可能解决塑料废弃物问题的途径已经成为了国内外研究热点。
关键词：可降解塑料污染解决研究现状发展目录毕业设计（论文）任务书 (i)毕业设计（论文）题目 (i)可降解塑料的研究现状及发展前景 (i)内容提要.................................................................... i ii 目录........................................................................... i v一、前言 0二、降解塑料的定义 0三、可降解塑料的种类 (1)（一）光降解塑料 (1)（二）生物降解塑料 (2)（三）光/生物双降解塑料 (2)（四）水降解塑料 (2)四、降解原理 (3)（一）生物解原理 (3)（二）光降解原理 (3)（三）光/生物降解原理 (3)五、降解塑料的主要用途 (3)（一）在普通塑料领域： (3)（二）在替代品领域： (3)六、研究现状 (4)（一）我国可降解塑料的研究现状 (4)（二）国外可降解塑料的研究现状 (7)（三）可降解塑料尚存在的问题 (7)七、可降解塑料的特性 (9)八、发展前景 (10)九、结束语....................................................... 错误!未定义书签。
可降解塑料的概述及其发展韩尧褚天李晶黄重行摘要 随着塑料制品在人们生活生产中的越发重要，它对于环境的破坏作用也已经被越来越多的关注。
对可降解塑料的研究和开发刻不容缓。
本文从可降解塑料的分类、机理、目前研究状况、发展方向及其不足之处展开讨论，综合性地对可降解塑料进行了介绍。
关键词塑料，降解，分类，现状，发展方向1 引言一百多年前，塑料从一位摄影师手中诞生，经过几十年的飞速发展，人们已经无法想象缺少了这种色彩鲜艳，重量轻，不怕摔，经济耐用，实用方便的材料的生活该是怎样的了，我们没有一刻可以离开塑料。
但是，在塑料给人们生活带来便利，改善生活品质的同时，其使用后的大量废弃物也与日俱增，给人类赖以生存的自认环境造成了不可忽视的负面影响。
据统计，全世界的高分子塑料的年产量已经超过1.4亿吨，消耗量正以年平均10%以上的速度增长；废弃塑料大约8000万吨/年，且每年正以惊人的速度增加。
我国是世界上十大塑料制品生产和消费国之一。
1995年，我国塑料产量为519万吨，进口塑料近600万吨，当年全国塑料消费总量约1100万吨，其中包装用塑料达211万吨。
据调查，北京市生活垃圾的3%为废旧塑料包装物，每年总量约为14万吨；上海市生活垃圾的7%为废旧塑料包装物，每年总量约为19万吨。
天津市每年废旧塑料包装物也超过10万吨。
北京市每年废弃在环境中的塑料袋约23亿个，一次性塑料餐具约2.2亿个，废农膜约675万平方米。
包装用塑料的大部分以废旧薄膜、塑料袋和泡沫塑料餐具的形式，被丢弃在环境中。
这些废旧塑料包装物散落在市区、风景旅游区、水体、道路两侧，不仅影响景观，造成“视觉污染”，而且因其难以降解对生态环境造成潜在危害。
过去，对废旧塑料的处理办法主要是土埋和焚烧。
土埋浪费大量的土地，焚烧则会产生大量的二氧化碳及其他对环境有害的氮、硫、磷、卤素等化合物，助长了温室效应和酸雨的形成。
而且这些方法是治标不治本，治理必须要从源头做起。
2023年可降解塑料行业市场环境分析随着可持续发展理念的普及与环保意识的提高，可降解塑料成为了近年来备受关注的新兴产业。
与传统塑料相比，可降解塑料具有可降解、可再生、可回收等优点，能够在一定程度上解决传统塑料对环境造成的污染问题。
本文将就可降解塑料行业市场环境进行分析，包括行业发展现状、政策法规、市场规模、竞争状况等方面。
一、行业发展现状目前，国内可降解塑料行业处于初级阶段，产品种类相对单一，主要以淀粉基、聚乳酸、PHA等生物降解塑料为主。
与国外发达国家相比，我国还存在技术水平较低、生产能力不足、质量不稳定等问题。
此外，由于生产成本高昂，可降解塑料的价格相对较高，使得其在市场上并没有占据很大的份额。
不过，随着生产技术的不断提高和成本的逐步下降，可降解塑料产业有望迎来发展的新机遇。
二、政策法规我国政府对可降解塑料行业给予了一定的政策支持。
2015年发布的《推进水污染防治行动计划》中明确提出，要推广可降解塑料的应用。
此外，《塑料污染治理条例》也将可降解塑料纳入其中。
目前，我国正在加强可降解塑料的标准化建设，推动行业规范发展。
这些政策措施将对可降解塑料行业的发展起到积极的促进作用。
三、市场规模据市场调研机构的数据显示，2019年中国可降解塑料市场规模达到21.68亿元，同比增长21.7%。
预计到2024年，市场规模将达到55亿美元。
目前，可降解塑料主要应用于包装、农业、医疗卫生、日用品等领域。
随着环保意识的普及，可降解塑料市场需求有望进一步扩大。
四、竞争状况目前，我国的可降解塑料生产企业主要集中在江苏、浙江、广东等地。
在市场竞争方面，产品品质和价格是竞争关键。
此外，一些企业为了提高市场份额，也在开展技术攻关、产品研发等方面进行不断探索和创新。
综上所述，可降解塑料作为一种新兴产业，其市场潜力巨大。
随着政府对环保产业的鼓励和支持，可降解塑料行业有望迎来新一轮发展机遇。
在未来，我们期待能够有更多的企业投入到可降解塑料的研发、生产、应用领域，促进可降解塑料行业的快速发展。
降解塑料的发展课题研究一、引言随着全球塑料污染问题日益严重，降解塑料成为了一个备受关注的话题。
降解塑料是指可以通过生物降解或化学降解等方式将塑料分解成无害物质的一种材料。
本文将探讨降解塑料的发展课题研究。
二、生物降解塑料1. 定义和分类生物降解塑料是指可以被微生物在自然环境中分解为无害物质的一种材料。
根据来源和制备方法不同，生物降解塑料可分为天然生物降解塑料和合成生物降解塑料两类。
2. 研究现状目前，国内外已有多种生物降解塑料问世。
例如，聚乳酸（PLA）、淀粉基复合材料、聚羟基脂肪酸酯（PHA）等。
这些材料具有良好的可加工性、机械性能和热稳定性，并且可以在自然环境中被微生物分解。
3. 发展趋势未来，随着技术的进步和环保意识的提高，生物降解塑料将会得到更广泛的应用。
同时，生物降解塑料的制备技术也将不断改进，以提高其性能和可持续性。
三、化学降解塑料1. 定义和分类化学降解塑料是指可以通过化学反应将塑料分解成无害物质的一种材料。
根据降解方式不同，化学降解塑料可分为光催化降解塑料、热催化降解塑料等。
2. 研究现状目前，国内外已有多种化学降解塑料问世。
例如，聚乙烯醇（PVA）等。
这些材料可以通过光或热催化反应在较短时间内分解成无害物质。
3. 发展趋势未来，随着技术的进步和环保意识的提高，化学降解塑料将会得到更广泛的应用。
同时，化学降解塑料的制备技术也将不断改进，以提高其性能和可持续性。
四、生物与化学相结合的降解塑料1. 定义和分类生物与化学相结合的降解塑料是指在生物或者自然环境下可以被微生物分解，而在人工环境下可以通过化学反应分解成无害物质的一种材料。
根据制备方法不同，生物与化学相结合的降解塑料可分为混合型和复合型两类。
2. 研究现状目前，国内外已有多种生物与化学相结合的降解塑料问世。
例如，聚酯类、聚酰胺类等。
这些材料具有良好的可加工性和机械性能，并且可以在自然环境中被微生物分解，在人工环境下也可以通过化学反应分解成无害物质。
2024年PBS类可降解塑料市场分析现状1. 引言可降解塑料是近年来逐渐受到重视的环境友好型材料，而聚丁二酸丁二醇酯（PBS）类可降解塑料由于其优越的性能和广泛的适用性，在市场上得到了广泛的应用。
本文将对PBS类可降解塑料市场的现状进行分析，并探讨其发展趋势。
2. PBS类可降解塑料的特性PBS类可降解塑料具有多种优异的特性，如良好的可降解性、高强度、低渗透性等，在多个领域具有广泛的应用潜力。
这些特性使得PBS类可降解塑料成为传统塑料的替代品，被广泛应用在包装、医疗、农业等领域。
3. PBS类可降解塑料市场的现状3.1 市场规模近年来，PBS类可降解塑料市场逐渐壮大，全球市场规模不断扩大。
根据市场研究数据显示，2019年全球PBS类可降解塑料市场规模为XX万吨，预计到2025年将达到XX万吨。
3.2 市场应用PBS类可降解塑料在各个行业中均有广泛的应用。
在包装行业，PBS类可降解塑料常被用于制作可降解的食品包装袋、一次性餐具等，以减少对环境的污染。
在医疗行业，PBS类可降解塑料在医疗器械、药品包装等领域中得到广泛应用。
此外，在农业、电子产品包装等领域，PBS类可降解塑料也有一定的市场份额。
3.3 市场竞争格局当前，PBS类可降解塑料市场的主要竞争者集中在少数几家公司。
这些公司主要包括公司A、公司B等。
公司A是全球最大的PBS类可降解塑料生产商，其产品在全球市场占有较大份额。
公司B在技术创新和产品质量方面具有一定优势，但市场份额相对较小。
4. PBS类可降解塑料市场的发展趋势4.1 技术创新随着科技的进步和环保意识的提高，PBS类可降解塑料行业将继续进行技术创新，以提高产品性能和可降解性。
新的材料合成技术和制造工艺的出现将进一步推动PBS 类可降解塑料市场的发展。
4.2 政策支持为了促进环境保护和可持续发展，许多国家都出台了相关的环境保护政策。
这些政策对于PBS类可降解塑料市场的发展起到了积极的推动作用。
中山大学研究生学刊(自然科学、医学版)第28卷第1期 JOURNAL OF THE GRADUATES VOL.28№1 2007 S UN Y AT2SE N UN I V ERSI TY(NAT URAL SC I E NCES、M E D I C I N E) 2007可降解塑料的应用、研究现状及其发展方向3俞文灿(阿克苏.诺贝尔工业油漆(苏州)有限公司,04硕,广州510240)摘 要:综述了国内外降解塑料的研究现状及降解机理,并介绍了可降解塑料的发展方向,展望了降解塑料,尤其是生物降解塑料的光明前景。
关键词:可降解塑料;机理;光降解;生物降解1 前言半个多世纪以来,随着塑料工业技术的迅速发展,当前世界塑料总产量已超过117×108t,其用途已渗透到工业、农业以及人民生活的各个领域并与钢铁、木材、水泥并列成为国民经济的四大支柱材料。
但塑料大量使用后随之也带来了大量的固体废弃物,尤其是一次性使用塑料制品如食品包装袋、饮料瓶、农用薄膜等的广泛使用,使大量的固体废弃物留在公共场所和海洋中,或残留在耕地的土层中,严重污染人类的生存环境,成为世界性的公害[1-8]。
有资料表明,城市固体废弃物中塑料的质量分数已达10%以上,体积分数则在30%左右,而其中大部分是一次性塑料包装及日用品废弃物,它们对环境的污染、对生态平衡的破坏已引起了社会极大的关注[2]。
因此,解决这个问题已成为环境保护方面的当务之急。
一般来讲,塑料除了热降解以外,在自然环境中的光降解和生物降解的速度都比较慢,用C14同位素跟踪考察塑料在土壤中的降解,结果表明,塑料的降解速度随着环境条件(降雨量、透气性、温度等)不同而有所差异,但总的而言,降解速度是非常缓慢的,通常认为需要200-400年[6]。
为了解决这个问题,工业发达国家采用过掩埋、焚烧和回收利用等方法来处理废弃塑料,但是,这几种方法都存在无法克服的缺陷。
进行填埋处理时占地多,且使填埋地不稳定;又因其发出热量大,当进行焚烧处理时,易损坏焚烧炉,并排出二恶英,有时还可能排放出有害气体;而对于回收利用,往往难以3收稿日期:2007-01-01 可降解塑料的应用、研究现状及其发展方向收集或即使强制收集进行回收利用,经济效益甚差甚至无经济效益[7]。
因而越来越多的学者提倡开发和应用降解塑料,并将它看作是解决这一世界难题的理想途径。
目前,世界发达国家积极发展降解塑料,美国、日本、德国等发达国家都先后制定了限用或禁用非降解塑料的法规[9]。
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的物质的塑料。
因此,它也被称为环境降解塑料,也将是21世纪应用极其广泛的一类“功能聚合材料”。
21世纪是保护地球环境的时代,是资源、能源更趋紧张的年代,为治理那些量大、分散、脏乱、难以收集或即使强制收集进行回收利用,经济效益甚差或无效益的一次性塑料废弃物不仅对生态环境造成的污染,同时也是对资源、能源一种极大的浪费。
降解塑料能减少白色污染,有显著的经济效益和社会效益,为此高效的降解塑料的研究开发已成为塑料工业界、包装工业界以及环保界的重要发展战略,而且成为全球瞩目的研究开发热点。
同时随着人们对这类材料的认识,以及环保意识的不断提高,此类材料将有极其广阔的前景。
2 降解机理的研究由于塑料质轻,强度高,耐化学腐蚀性好,综合性能高,而得到了广泛的利用。
而正是这些优良的性质同时给垃圾的处理造成很大的问题,一般来说将塑料埋藏在地下经过20年其变化是很小的。
这样就给环境保护带来了一个难题。
为了解决这个难题,深入研究塑料的降解机理以及利用塑料的降解机理来开发各种可降解塑料,具有重大意义。
在大多数情况下,聚合物的降解主要是高分子中主化学键断裂反应所引起的。
在不同的环境条件下聚合物降解的方式和程度都不同[10-14]。
根据各种环境条件引发降解的原因的不同,有不同的降解方式[15],主要包括:水解降解、氧化降解、微生物降解和机械降解。
但从实际应用的角度来讲,所谓的“可降解塑料”一般是特指光降解塑料、生物降解塑料以及光-生物双降解塑料。
所以现在主要讨论塑料的光降解机理以及生物降解机理。
2.1 光降解机理光降解降解是聚合物在吸收紫外线等辐射能后,容易形成电子激发态,而产生光化学过程,而使聚合物破坏,在大气环境中,聚合物往往还要同时受到氧的影响,造成光氧降解[12,13]。
其具体过程是:聚合物通过光的物理吸收过程而引起光化学反应,脱出聚合物分子链上的氢原子而形成自由基。
直链聚合物降解后不再形成新的基团,而交联聚合物则在降解过程中又可能形成新的基团,这是简单的光降解机理。
通常形成的自由基在有氧存在的条件下便发生氧化反应,形成过氧化基团以维持降解过程。
过氧化基团和氢原子作用形成过氧化氢并脱出。
过氧化物只需吸收光线中比紫外线稍低的能量,通过聚合物中残留的微量金属的催化作用很快便可分解。
光降解反应还可形成更多的自由基,其中含有羰基。
羰基化合物在紫外线作用下还可自行分解。
开始氧的存在作用正如过氧化物形成过程的中间媒质,分子氧经聚合物生32《研究生学刊》(自然科学、医学版)二○○七年第一期色团(Chr omophore)向聚合物内部转移能量,活化非饱和键甚至饱和键。
此外开始氧的存在还能生成可吸收较长波长光波的过渡金属络合物或是直接生成过氧化物。
聚合物内的杂质包括在聚合反应中存在的催化剂、添加剂及残余溶剂如苯、四氢呋喃(THF)、甲基酮等本身就是光敏剂,这些聚合物的杂质和取代基,如羰基结构、芳烃环、共轭双键、羧基、过氧化物以及残留催化剂(如钛的络合物)等,以及聚合物在聚合和贮运过程中沾染的杂质,都是引发光降解反应的光敏剂。
吸收光能后激发分解为自由基的过程称为光激反应或光敏反应,光敏反应可引发氧化反应,将吸收的光能转移到其他基团上,该基团接受能量后便可产生热分解[16]。
2.2 生物降解机理多数合成的纯聚合物均具有抗微生物侵蚀的能力。
但添加剂(如增塑剂、润滑剂、色素和抗氧剂等)则降低这种能力。
增塑剂残余脂肪酸如硬脂酸酯可被微生物降解并导致聚合物表面和性能甚至基础结构的破坏。
已经知道,微生物对天然聚合物的降解作用,是通过生物合成所产生的酶蛋白质来完成的。
这些酶蛋白可以着落在细胞壁上,或存在于细胞的原生质结构中。
有些酶能潜入周围的环境中,有些酶则留在细胞内,只有在细胞被溶解或机械破碎时才释放出来。
酶对生化反应,只有高度专一的催化能力,在适宜的生理条件下迅速进行[13]。
生物降解其可以分为:(1)生物物理降解法:当微生物攻击侵蚀高聚物材料后,由于生物细胞的增长使聚合物组分水解、电离或质子化而分裂成低聚物碎片,聚合物分子结构不变,这是聚合物生物物理作用而发生的降解过程。
(2)生物化学降解法:由于微生物或酶的直接作用,使聚合物分解或氧化降解成小分子,直至最终分解成为二氧化碳和水,这种降解方式属于生物化学降解方式[3]。
但是由于微生物降解具有高度的专一性,对许多聚合物机理,至今也不完全清楚,这里仅对已知的一些容易发生生物降解的聚合物机理,作初步讨论。
21211 淀粉类淀粉是最易被微生物迅速分解的天然聚合物。
淀粉是由植物进行光合作用而生成的.并以颗粒状贮存起来。
淀粉颗粒是由D2葡萄糖,通过含а21,42苷键的直链淀粉和а21,62苷键的支链淀粉组成,直链淀粉在颗粒内部,支链淀粉在外部。
直链淀粉在水中会溶胀,支链淀粉在冷水中不溶解,但可溶于热水中。
直链淀粉的平均聚合度为200-1000,而支链淀粉的平均聚合度为6000到28万。
几乎大多数微生物,无论是需氧的还是厌氧的真菌或细菌,都能分解淀粉。
Ourren 对淀粉的降解已有详细的报道。
各种淀粉酶是淀粉阵解的专一催化剂。
黑曲雷和黄曲雷等,当它们附着在淀粉表面上时.就会迅速分泌出淀粉酶.由于淀粉基本上是水溶性的,淀粉酶就使淀粉迅速水解。
支链淀粉比直链淀粉,更易受微生物的攻击,这与支链淀粉中含有磷元素有关。
21212 纤维素类纤维素是植物细胞膜的主要成分,并由它形成植物骨骼。
纤维素是由β2D2葡萄糖通过1,42苷键缩合而成的直链分子,其平均聚合度为5000-6000,分子长度为215-310微米。
它由微晶部分的胶囊(微胞)和非结晶部分交替组成。
微胞长度约为0106微米。
长链由氢键和范德华力结合为链束,形成直径为500n m左右的微纤维。
42 可降解塑料的应用、研究现状及其发展方向许多微生物,无论是需氧的还是厌氧的真菌或细菌,都能分解纤维素。
事实上,不同种类的纤维素的酶解机制不尽相同。
Manbdels和Reese从绿色木霉的纤维素酶中,分离出不同的酶,称C1纤维酶和Cx纤维酶,Selly采用凝胶过滤技术,从Cx中分离出两种酶,一种是羧甲基纤维酶;另一种是纤维二糖酶。
单一的Cx酶不能分解棉纤维,但能分解甲基纤维素。
只有C1和Cx结合时,才能完全分解棉纤维。
已经证明,酶对纤维素的水解作用,发生在两个邻接的未取代葡萄糖基处。
3 研究现状降解性塑料根据其降解机理大致可分为光降解塑料和生物降解塑料。
当前,为了改善降解塑料的降解性能,又发展了光-生物双降解塑料。
3.1 光降解塑料可光降解塑料是高分子链能用光化学方法使之破坏,塑料就失去它的物理强度并脆化,再经自然界的剥蚀(风、雨等)碎为细脆化,最后变为粉末,进入土壤,在微生物作用下重新进人生物循环[12]。
一般光降解塑料的制备方法有两种:一种是把含有发色基团的光敏化物质或光分解剂混入聚合物材料中,如金属氧化物、盐、有机金属化合物、多核芳香化合物、羰基化合物等,由这些物质吸收光能后(主要是紫外线)产生自由基,或者将激发态能量传递给聚合物材料使其产生自由基,然后促使高分子材料发生氧化反应达到劣化的目的。
另一种方法是将适当的光敏感基团(如-C=O)通过共聚的方式引入聚合物材料的分子结构中,而赋予高分子材料光降解的特性[3,13]。
光降解塑料的研究开发已有20余年的历史,在农业、包装方面应用非常广泛,它的技术较为成熟。
31111 合成型光降解塑料目前合成的光降解聚合物,主要是烯烃和一氧化碳或烯酮类单体的共聚物[1-3,17,]。
这样就可以得到含有羰基结构可以发生光降解的PE、PP、P VC、PET、P A等。
国外已经实现工业化的合成型光降解塑料产品如表1:表1 国外合成型光降解塑料产品[2]技术持有技术的企业及研究者乙烯/CO共聚物道化学、杜邦、联碳、拜尔等乙烯酮共聚物(Ecolyte)Guillet、Ecop lastic公司引入光活性基的接枝共聚物(EcolyteⅡ)Guillet、Ecop lastic公司最近,美国和加拿大合作开发的Ecolyte是丙烯、氯乙烯、苯乙烯和乙烯基酮的共聚物,据称不仅可以使PP、P VC、PS等塑料具有光降解性,并且可以调节乙烯基酮的含量来控制光降解的时间。
