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勢和存在的問題，并作出結論。

定義

①生物降解塑料：指在自然界微生物（如細菌、霉菌和藻類）的作用下，可完全分解為低分子化合物的塑料。其特點貯存運輸方便，只要保持干燥，不需避光，應用范圍廣，不但用于農用地膜、包裝袋，而且廣泛用于醫藥領域。②光生物降解塑料：光降解和微生物降解相結合的一類塑料，它同時具有光和微生物降解塑料的特點。③水降解塑料：在塑料中添加吸水性物質，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有統一的國際標準化定義，但通常對可降解塑料所下定義是：在特定環境條件下，其化學機構發生明顯變化，并用標準的測試方法測定物質性能變化的塑料，生物可降解塑料分子鏈在垃圾處理系統或自然環境中，有微生物對其進行生物降解，最終變成二氧化碳（或甲烷）和水，進入生物聯合循環過程，完全為環境所消納，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）、聚己內酯（PCL）及其共聚物和二氧化碳/環氧化合物共聚物（APC）等；③以利用植物中多糖類淀粉、纖維素和木質素等，動物中殼聚糖、聚氨基葡萄糖、動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致聚合物表面和性能甚至基礎結構的破壞。已知微生物對天然聚合物降解作用，是生物合成所產生的酶蛋白質來完成的。這些酶蛋白可著落在細胞壁上，或存在于細胞原生質結構中。有些酶能潛入周圍環境中，有些酶則在細胞內，只有在細胞被溶解或機械破碎時才釋放出來。酶對生化反應，只有高度專一的催化能力，在適宜的生理條件下迅速進行。

淀粉基可降解塑料的原理：物理改性：理改性是指通過淀粉細微化、擠壓機破壞淀粉結構或添加偶聯劑和增塑劑等添加劑以增加淀粉與通用塑料的相容性；化學改性：化學改性通常是向淀粉分子引入疏水基團，使其在淀粉和合成樹脂之間起到增強相容性的作用，改性方法有酯化、羥烷基化或接枝共聚、醚化和交聯改性等；淀粉共混塑料：共聚型光解塑料主要通過共聚反應在高分子主鏈引入羧基型感光基而賦予其光降解特性，并通過調節羧基型感光基因團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，且直接加熱時沒有熔融過程，300℃以上分解。

優勢和存在問題

生物塑料可不同程度進行生物降解，且具有良好環保性能、原料再生等市場優勢。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，以此計算相同產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濟方面將發揮重要作用。

可生物降解塑料價格相對高昂、某些性能指標與傳統塑料還有一定差距，其市場接受度還不是很高。價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題：成本和性能等方面的問題。降解不徹底，仍然會造成環境污染。填充型和雙降解塑料的主要成分是合成樹脂，所以它們只能不完全降解，降解的結果導致材料整體力學性質大幅度降低而崩潰成碎片或呈網架式結構，其碎片更加難以收集處理。雖力學性能已達到傳統塑料的標準，但因淀粉本身具有吸水性，所以材料回潮吸水導致其力學性能嚴重下降，且淀粉含量越高，問題越嚴重。有些淀粉塑料甚至能完全溶于水，因而其應用范圍窄。

總體來說兩大類塑料都是環保材料，都存在成本價格偏高，生物降解塑料比淀粉基塑料的降解能力還是要強，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勢，有望大利發展。