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1、环境降解塑料的降解原理及影响降解的因素胡汉杰老师的文章花样繁多的塑料制品已渗入到当今的人类社会的各个方面，它既为人类生活提供了方便，成为了人类生活的必需品，但也为人类社会带来了越来越严重的环境污染问题。为了解决塑料制品带来的白色污染问题，世界各国都在努力探求、研发、生产在环境中可被降解的新材料以替代目前对环境造成污染的通用塑料制品。面对研发过程中出现的众多“降解塑料”品种及各种技术，我们在研究选题、寻找环境降解塑料新品种及新技术时，如何来判别哪些高分子化合物可以在环境中被降解、塑料在环境中被降解的因素是什么，就成了研究或产业开发可环境降解新材料所必须了解的基础知识。因此，本文想就这个问题，在文
2、献总结的基础上，谈一些个人看法，以供感兴趣的人士参考。一， 高分子材料环境降解的原理 所谓环境降解高分子材料（含，环境降解塑料）就是指高分子材料在使用功能完成后，可以被环境中的各种因素自动降解成对环境无害的小分子化合物。这个过程包括材料（塑料）形状的消失、高分子凝聚态结构的破坏、及高分子链的降解，三个过程缺一不可。在这三个过程中，虽然“高分子链的降解”是最关键的步骤，但“材料形状消失”和“高分子凝聚态结构的破坏”两个步骤因涉及到高分子链被“剥离成单个高分子”的难易程度，因此对高分子材料降解情况的影响，也是重要的因素。降解过程的时间，可以根据不同的使用要求和环境保护的要求而进行调节，对降解塑料而
3、言，要求在几个月至一年内应当降解完毕。在上述降解过程中，使高分子材料（含塑料）在环境中产生降解的因素有下述几种：1，微生物将高分子材料作为“食物”进行代谢；2，环境中水分对高分子链的化学水解；3，环境中氧气对高分子化合物的氧化氧化放热而热量的积聚又加速氧化或催化剂的存在加速这种氧化过程氧化成的极性基团化合物被水溶解而导致材料中高分子凝聚态的破坏及高分子的断链，这一系列过程称之为高分子材料（含塑料）的湿热催化氧化降解；4，高分子链吸收光后导致的分子链断链的光降解；5，高温下、或热量聚集导致高分子温度升高而分子链断链的热裂解等。若某种高分子材料在环境中这些因素的一种或数种因素作用下，可以产生材料解
4、体并全部分解成小分子化合物，那么这种高分子材料（塑料）就是可环境降解的高分子材料，否则就不是可环境降解材料（降解塑料）。仅是材料解体，而高分子链并不降解的“崩解”塑料，不是我们研究的环境降解塑料。还需要说明的是，“高分子吸光后产生的光降解”和“高分子热裂解”虽然理论上是高分子在环境中可能产生降解的因素，但仅靠这两个因素，形成不了“环境降解塑料”技术，因为热裂解需要高温（几百度）、而光降解需要光照（土埋及阴暗处无光），在环境中是难以实现这些能使高分子降解的条件的。二， 环境降解材料对降解产物的要求由于我们要研发的环境降解材料（塑料）是为了解决环境污染问题，因此要求这些环境降解材料（塑料）本身及它
5、的降解产物应当是对环境无污染的。即对环境降解塑料而言，首先其降解产物的分子量应在10000以下，只有这样，这些分子才能被土壤或环境中的微生物当作食物进行新陈代谢。降解产物可以是有机小分子，无机小分子（如二氧化碳）。有机小分子是可以被微生物进行代谢的，有的可以被植物吸收，参与植物生长的新陈代谢。虽然苯环类化合物对人体往往有毒性，但若降解产物是含苯环化合物，由于它在土壤中可以被微生物分解，因此不会对土壤产生毒性。木质素是稠环化合物，但木质素并未给土壤带来污染就是这个道理；再有，降解塑料的降解产物生成的有机物不应影响土壤的亲水性，从而保障不会影响土壤的生态环境；另外环境降解塑料的降解产物不能有重金属
6、或重金属化合物产生，这要求我们在降解塑料制备工艺中不能使用重金属化合物；还有，我们制备的环境降解塑料，不能混有“可被有机溶剂溶解出来的有机物”，因为这样，将使作为食品包装的环境降解材料对食品产生污染，这是各国的卫生标准对材料的要求。三， 影响高分子材料环境降解的因素 由于高分子材料（塑料）的环境降解过程包含“材料形状的破坏”、“高分子凝聚态结构的破坏”和“高分子链的降解”三个步骤， 因此分别影响这三个降解步骤的因素，就成为了影响环境降解塑料降解情况的影响因素。综合分析，影响高分子材料环境降解情况的因素有：1，材料的高级结构。一些天然高分子材料，如木材，虽然构成它的高分子是可以环境降解的，然而其
7、在环境中降解往往需要几年或更长时间，这是由于其结构紧密、分子间的交联密度大，水分子及微生物不易浸入到纤维素的分子之间所致；2，高分子的凝聚态结构。材料中高分子形成结晶或取向结构者，由于结构变得相对紧密，也将影响水分和微生物的浸入，从而影响材料的环境降解速率；3，相界面的影响（憎水、亲水性）。尽管高分子材料降解的原理不同，其实都离不开水的作用，没有水，微生物无法繁殖、生物酶没有活性，没有水，产生不了水解及溶解作用，因此憎水相界面的存在将延缓或阻止高分子的环境降解（这就是高分子量的PET同样是聚酯，但却不能环境降解的原因）；4，高分子的分子量。高分子的分子量越高，分子间作用力越强，越易形成紧密结构
8、、内部的疏水结构，从而导致降解速度变慢；5，高分子分子间作用力（氢键、电荷、极性、电子相互作用）。这些高分子分子间的相互作用力越强，其结构越紧密或结晶度越高，而导致降解变慢。如纤维素比淀粉降解慢；又如脂肪族聚酯可以环境降解而芳香族聚酯由于苯环间的电子相互作用，导致高分子间作用力强，分子堆积紧密，而难降解。6，环境因素。催化剂的存在、酶及酶的品种、微生物菌种、氧气、湿度、温度、紫外光的存在等因素，都会影响高分子的降解情况。四， 环境降解塑料的分类目前国内外在研或已生产的环境降解塑料品种，按它的降解机理，可归纳为以下几个类型：1，微生物（酶）分解型。主要有，热塑淀粉塑料，纤维素。2，水解微生物分解
9、综合型。主要有 PLA， PHB ，PBS , 聚己内酯。3，水解型。 主要有， 脂肪族芳香族共聚酯（纯芳香族聚酯分子间电子作用力强，导致水分子难以进入而不能降解），PPC（二氧化碳环氧丙烷共聚物）。4，湿热催化氧化型。 主要有， PE在催化剂作用下，可使聚乙烯的碳氢键氧化而成醇、酮、醛、酸基团，最终导致聚乙烯大分子断链，使聚乙烯塑料“氧化降解”（催化剂分为，含金属催化剂和非金属催化剂两大类）。上述环境降解塑料中，第1，第2，类型称为：“生物分解材料” ；第3，第4，属“化学降解塑料”类型，是近些年新出现的环境降解塑料的类别。实际上高分子材料（含塑料）的环境降解应是多种因素综合作用的结果（微生
10、物、水、氧、光等），只不过不同品种的降解塑料其降解的主要因素不同而已。另有两种可使塑料降解的途径，但不能成为环境降解塑料的新技术，即：5，光降解塑料。主要是PE,PP中混有金属化合物及光敏剂为催化剂，在紫外光照射下可以降解，但无光照则不能降解，这类材料不能成为“为解决环保问题而研发的环境降解塑料”。6，热降解。高分子在500度以上可以热裂解成小分子化合物，这是石油炼制的技术，不是环境降解材料的研究范围。 五，结论根据上述分析，本文想对环境降解塑料研究领域，提两点建议：1， 以解决社会环保问题为目的而开展的环境降解材料研究，应当不局限於“生物分解材料”研究领域，可以多渠道、多思路进行探索研究。对新类型降解塑料研究的同时，也应注意研究对其“环境降解性能”的检测、评价方法。2， 探索新品种环境降解材料时，除应考虑高分子本身的降解性质外，也要考虑其他因素对材料降解性质的影响（如，结晶度过高，形成交联结构，强憎水性等，也将影响材料的降解性质）。
