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1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划生物降解材料聚己内酯的研究与应用前景生物降解塑料的研究现状与发展前景于浩强，张艳梅，王晓慧，刘勇旭，孟平蕊*，李良波摘要：综述了生物降解塑料的国内外研究现状，重点阐述了生物降解塑料的种类和降解机理、应用及其评价方法，并指出了生物降解塑料存在的问题及其发展方向。关键词：生物降解塑料，应用，发展前景DevelopmentTrendandCurrentSituationofBiodegradablePlasticsYuHao-qiang,ZhangYan-mei,WangXiao-hui,
2、LiuYong-xu,MengPing-rui*,LiLiang-bo(SchoolofChemistryandChemicalEngineering,UniversityofJinan,Jinan,China)Abstract:Thispaperreviewedtheresearchstatusofbiodegradableplastics,especiallyfocusedondescribingthetypes,mechanismofdegradation,applicationandevaluatingmethodsofbiodegradableplastics,thedevelopm
3、enttrendandproblemsexistinginbiodegradableplasticswerepointedout.Keywords:Biodegradableplastics,Application,Developmenttrend随着塑料工业的迅速发展，世界塑料年产量已超过1亿吨。据不完全统计，XX年我国塑料制品产量超过5800万吨，其中相当一部分是一次性塑料材料，由于其量大、分散、很难回收再利用，绝大部分成为白色垃圾，对环境造成严重污染1。为治理塑料废弃物对生态环境造成的污染，降解塑料应运而生，并在近些年获得了较快的发展，取得了显著的经济效益和社会效益，生物降解塑料已成为全
4、球瞩目的研发热点。1生物降解塑料的发展现状国内现状我国降解塑料的研发起步于20世纪70年代的光降解塑料，80年代研发淀粉添加型降解塑料，90年代的研发重点是光降解、碳酸钙填充光降解、淀粉添加型部分生物降解、淀粉添加型热氧化生物降解、热氧化降解等降解塑料。上述降解塑料具有一定降解功能，且使用性能和价格较接近普通塑料，因此一度受到市场青睐2,3。但它们均属不完全降解塑料，其降解后的碎片仍残留在农田和土壤中。虽然经十余年的跟踪试验证明：降解碎片对土容量、密度、土壤水运动、孔隙污染的影响很小，对农作物生长也无不良影响；但其长期积累对农作物生长有无影响尚缺乏长期应用跟踪试验数据的证明，而且也缺乏权威的评
5、价方法和标准，致使多年来人们对此类降解塑料一直存在着较大的争议，发展也受到一定的制约。近年来，随着生物降解塑料生产技术日趋成熟、生产规模不断扩大、产品价格下降，我国也掀起了新的研发生物降解塑料的热潮，并取得了可喜的进展4，种类繁多的降解塑料产品已经进入中试或批量生产。国外现状近年来，欧美发达国家十分重视生物降解塑料，特别是原料来自可再生资源或产业废气(如二氧化碳)的生物降解塑料的发展，投入了大量的人力物力加快其实用化和产业化进程5。美国美国降解塑料的消费量逐年增加，XX年其降解塑料需求量达到万吨，在塑料总消费量中占%，其中生物降解塑料万吨,光降解塑料万吨，光/生物降解塑料万吨，其它万吨。美国是
6、世界上研究开发生物降解塑料主要国家之一。从事研究开发的主要单位有十多家，包括企业、研究所和大学，美国最大的降解塑料研究组织是以UniversityofMassachusettsLowell为首的聚合物降解研究联合体，其宗旨是促进生物降解和其它环境降解聚合物的基础研究、教育及在设计、合成、特性、测试和加工方面进行培训,同时促进生物降解塑料在农业、包装生物医学等领域的应用，环境及野生动物保护以及加强与塑料废弃物处理研究中心的技术交流等。日本近年来日本对生物降解塑料的研究开发给予了极大的关注。日本通产省已将生物降解塑料列为金属材料、无机材料、高分子材料之后的“第四类新材料”。日本在1989年由57个
7、企业、学校等联合成立了生物降解塑料研究会,该会在对生物降解塑料生产应用发展动向、技术进展、试验评价方法方面进行了大量调研和交流工作，对促进和引导日本生物降解事业的发展起了一定作用。目前研究会会员已发展到70家。目前全球研发的生物降解塑料已达几十种，进行批量生产或工业化生产的品种包括：微生物发酵合成的聚羟基脂肪酸酯(PHA)；化学合成的聚乳酸(PLA)、聚己内酯(PCL)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、脂肪族芳香族共聚酯、二氧化碳环氧化合物共聚物(APC)、聚乙烯醇(PVA)等；可降解塑料与淀粉的共混物，如淀粉PVA、淀粉PCL、淀粉PLA等6。美国DuPont公司、EastmanChemical
8、公司开发的脂肪族芳香族共聚酯，商品名分别为“Biomax”和“EasmrBio”，已建成年产万吨级生产规模；DowChemical公司开发的PCL，商品名“Tone”，已建成4500ta规模生产线，并已批量生产；NovonInternational公司开发的淀粉基塑料系列产品，已建成万吨规模的工业化生产线，商品名为“Novon”，已用于垃圾袋、餐具、尿布、农膜等。德国已商品化的产品有Biotec公司开发的淀粉基塑料“Bioplast”，已用于生产餐饮具、托盘或与PCL、PLA等共混生产薄膜产品7。2生物降解塑料的分类及降解机理生物降解塑料分类按降解机理的不同，生物降解塑料可分为不完全生物降解塑
9、料和完全生物降解塑料。其中，不完全生物降解塑料是指在常规塑料(如PE、PP、PVC等)中通过共混或接枝混入一定量的(通常为1030)具有生物降解特性的物质，这种塑料在大自然中不能完全降解。完全生物降解塑料是指在使用中能保证与常规塑料相近的物理力学性能，废弃后能被自然界中的细菌、真菌等微生物分解成低分子化合物，并最终分解成水和二氧化碳等无机物的高分子材料，因其起到了很好的保护环境的作用，所以又被称为“绿色塑料”8。按制备方法的不同，生物降解塑料可分为：微生物合成降解塑料：微生物合成塑料是微生物把某些有机物作为食物源，通过生命活动合成的高分子化合物。这类生物降解塑料以PHA类为多，PHA是由微生物
10、通过各种炭源发酵而合成的不同结构的脂肪族共聚聚酯。其中最常见的有PHB、PHV及PHBV。PHB是一种具有良好生物降解性能的热塑性聚酯，它的许多物理性能和力学性能与PP接近，且具有生物降解性和相容性，在生物体内可完全降解成-羟基丁酸、二氧化碳和水。用这种生物塑料制成的材料可用于药物释放系统、植入体及可以在人体中分解而不产生有害物质的器件9。化学合成降解塑料：化学合成法合成的降解塑料大多是在分子结构中引入能被微生物降解的含酯基结构的脂肪族聚酯，具有代表性的产品有PCL、PBS和PLA等。冀玲芳等10将PCL与热塑性淀粉、PE进行共混，得到了加工性能、力学性能、生物降解性均非常优异的降解塑料。PB
11、S具有良好的热稳定性和较高的分子量，将其与熔点较高的芳香族聚酯等共聚而制得比普通PBS熔点高又能保留其原来生物降解性的共聚降解塑料11,12。另外，加入己二酸、乙二醇等共聚组分，还可改善PBS的生物降解性13。以PBS为基体材料制造出的各种高分子量聚酯的产品主要是发泡材料，常用作电子电气等的包装材料。(3)天然高分子共混降解塑料：即用一些既能生物降解又具良好物理性能天然高分子，如纤维素、甲壳质、淀粉、废糖蜜、蛋白质等作为塑料代用品。生物降解塑料的降解机理生物降解塑料发生降解时需要具备以下四个基本条件：微生物存在，如霉菌、细菌、放线菌等；氧气、水分和矿物质存在；根据有机体种类选择适当温度，一般为
12、2060；PH值5814。生物降解塑料的降解过程主要有3种：(1)生物的物理作用，由于生物细胞的生长而使得物质发生机械性破坏；(2)生物的化学作用，在微生物作用下，聚合物分解而产生新的物质；(3)酶的直接作用，受到微生物侵蚀的部分，塑料发生分解或氧化崩裂15。3生物降解塑料的应用农业方面的应用在包膜化肥中的应用：Fujita等16用聚烯烃添加乙烯-聚乙烯醋酸酯共聚物制备了一种包膜肥料，通过调整包膜组成达到控制肥料养分释放的目的，同时养分释放后膜材料可通过土壤中的微生物降解,等17用水分散的聚酯作为包膜材料、Sakai18等人用聚烯烃加入石蜡和表面活性剂、Tanaka19将可生物降解的酯类低聚物
13、分散到具有水阻隔性的烯烃共聚物中均制备出了可生物降解的缓释肥料包膜材料。在农用覆盖地膜中的应用：我国20世纪70年代末期引入地膜覆盖技术以来残留膜造成的环境污染和作物减产日趋严重，在国内，北京塑料研究所用LDPE、LLDPE、HDPE等作为基础原料并添加光降解体系和含有N、P、K等多种化学物质作为生物降解体系的浓缩母料，经挤出吹塑制成厚度为的可控降解地膜，此种地膜已在国内十几个省市覆盖近百亩农田，取得了较好的使用效果。此外，天津大学、中科院长春应化所、四川大学等单位也对淀粉基生物降解塑料薄膜进行了研究20。在医学领域的应用在药物缓释体系中的应用,可生物降解材料较广泛的应用是作为药物缓释体系的载
14、体。目前，研究比较广泛的生物降解聚合物有聚乳酸、乳酸己内酯共聚物、甲壳素、胶原等，这些生物降解高分子是抗癌、心脏病、高血压等长期服用药物的理想载体。Satturwar等21对基于松香的两种聚合物进行的生物体内、体外的降解性研究表明，基于松香的聚合物是环境友好的可生物降解材料，其在药物缓释体系上的应用前景广阔。在医用手术吸收性缝合线上的应用,可生物降解的医用手术缝合线可被人体吸收，伤口愈合后不需要拆线，可以免除病人的痛苦和麻烦。如英国ICI公司生产的Biopol树脂、美国氰胺公司生产的聚乙醇酸和美国Ethicon公司生产的聚交酯，乙醇酸和乳酸共聚物等均可制成手术缝合线。此外，近几年来还出现了聚氨
15、基酸、-聚酯、-聚酯等合成材料做成的手术缝合线。在食品容器和包装领域的应用大多数包装用材料，如聚乙烯、聚苯乙烯等虽具有可压缩、牢固等特点，但不能被生物降解。目前，研究较多的是利用淀粉、半乳糖、纤维素、甲壳素等天然高分子材料本身或经改性制成食品容器和包装用可生物降解塑料。中科院长春应化所在国内首次采用稀土复合催化剂合成了和环氧化合物共聚物产品，利用这种共聚物可制造一次性包装材料；江西省应用化学研究所用四种不同的工艺对淀粉进行无序化处理，然后制造热塑性淀粉塑料并加工成薄膜和薄片，用于制造购物袋、垃圾袋等22。在其它方面的应用可生物降解塑料除上述几个方面的应用外，还可用于一次性餐具，如刀、叉、筷子、快餐盒等；HoW等23报道了用玉米淀粉、乙烯丙烯酸共聚物、天然橡胶、椰子油、液体石蜡等制备的生物降解材料可用于烟雾过滤器和香烟过滤嘴。此外，可生物降解塑料在水域环境、玩具和体育器械中的应用前景也十分广阔。4生物降解塑料的评价方法生物降解塑料的评价方法主要有土埋试验法、特定酶降解试验法等，土埋法可分为室外和室内两种，此法是将塑料在自然界的土壤或人工制备的标准土壤中埋藏一定时间后取出，通过测定试样失重或借助现代化分析手段，如显微镜、SEM、FTIR、NMR、X
