降解塑料（degradable plastic）

在規(guī)定環(huán)境條件下，經(jīng)過一段時間和包含一個或更多步驟，導(dǎo)致材料化學(xué)結(jié)構(gòu)的顯著變化而損失某些性能（如完整性、分子量、結(jié)構(gòu)或機械強度）和/或發(fā)生破碎的塑料。應(yīng)使用能反映性能變化的標(biāo)準(zhǔn)試驗方法進(jìn)行測試，并按降解方式和使用周期確定其類別。降解塑料按照其設(shè)計的最終降解途徑分為生物降解塑料、可堆肥塑料、光降解塑料、熱氧降解塑料。

生物降解塑料（biodegradable plastic）

目前常用的生物降解塑料有：聚3-羥基烷酸酯（PHA）、聚乳酸（PLA）、聚ε-己內(nèi)酯（PCL）和聚丁二酸丁二醇酯（PBS）。

聚乳酸（PLA）是以微生物發(fā)酵產(chǎn)物-乳酸為單體化學(xué)合成的聚酯。

聚乳酸生產(chǎn)是以乳酸為原料。傳統(tǒng)的乳酸發(fā)酵大多用淀粉質(zhì)原料。

目前美、法、日等國家已開發(fā)利用玉米、甘蔗、甜菜、土豆等農(nóng)

副產(chǎn)品為原料發(fā)酵生產(chǎn)乳酸，進(jìn)而生產(chǎn)聚乳酸。玉米是生物降解

塑料聚乳酸的首選原料。制造生物降解塑料聚乳酸的工藝過程如

下：首先把玉米磨成粉，分離出淀粉，再從淀粉中提取出原始的

葡萄糖，最后用類似啤酒的發(fā)酵工藝將葡萄糖轉(zhuǎn)化成乳酸，再把

提取出來的乳酸制成最終的聚合物—聚乳酸。

聚乳酸是由可再生資源如谷物生產(chǎn)的可生物降解的聚合物。在聚

乳酸生產(chǎn)路線中, 乳酸單體首先通過谷物淀物水解為葡萄糖, 葡萄

糖由發(fā)酵過程轉(zhuǎn)化為乳酸鈉, 由此來制備。乳酸進(jìn)一步濃縮, 然

后按照縮聚( 形成預(yù)聚合物) 、熱解聚( 形成二丙交酯) 、開環(huán)聚

合和解聚順序進(jìn)行聚合。得到聚乳酸的分子量高達(dá)75000g/mol。

通過一般的方法進(jìn)行乳酸縮聚反應(yīng)，僅能得到乳酸低聚物。目前

研究最多的制備高分子量PLA的方法是通過丙交酯的開環(huán)聚合反

應(yīng)，而丙交酯則由乳酸低聚物經(jīng)高溫裂解合成。對于丙交酯的開

環(huán)聚合反應(yīng)機理及反應(yīng)條件，都有詳盡的研究報道。最近，日

本的三井化學(xué)公司提出了不經(jīng)過丙交酯，直接以乳酸縮聚反應(yīng)制

備聚乳酸的新技術(shù)。這一技術(shù)采用高活性的催化劑通過溶液縮聚

，得到了高分子量的聚乳酸。由于乳酸和丙交酯中含有不對稱

碳原子，經(jīng)聚合可得到不同立構(gòu)規(guī)整性的PLA，如L-PLA，

D-PLA和DL-PLA。

聚乳酸有良好的防潮、耐油脂和密閉性，在常溫下性能穩(wěn)定，

但在溫度高于55℃或富氧及微生物的作用下會自動降解。使用

后它能被自然界中微生物完全降解，最終生成二氧化碳和水，不

污染環(huán)境，這對保護(hù)環(huán)境非常有利。

聚乳酸的降解分成兩個階段：1）首先是純化學(xué)水解成乳酸單體

；2）乳酸單體在微生物的作用下降解成二氧化碳和水。聚乳酸

制成的食品杯只需60天就可以完全降解，真正達(dá)到生態(tài)和經(jīng)濟(jì)

雙重效應(yīng)。

聚ε-己內(nèi)酯（PCL）是由ε-己內(nèi)酯經(jīng)開環(huán)聚合得到的低熔點聚合物，其熔點僅62℃。PCL的降解性研究從1976年就已開始，在厭氧和需氧的環(huán)境中，PCL都可以被微生物完全分解。與PLA相比，PCL具有更好的疏水性，但降解速度較慢；同時其合成工藝簡單、成本較低。PCL的加工性能優(yōu)良，可用普通的塑料加工設(shè)備制成薄膜及其它制品。同時，PCL和多種聚合物具有很好的相容性，如PE、PP、PVA、ABS、橡膠、纖維素及淀粉等，通過共混，以及共聚可得到性能優(yōu)良的材料。尤其是其與淀粉的共混或共聚，既可保持其生物降解性，又可降低成本，因而深受注目。PCL與淀粉共混可得到耐水性好的降解塑料，其價格與紙張相近；利用原位聚合方法，可將ε-己內(nèi)酯與淀粉接枝，得到性能優(yōu)良的熱塑性聚合物。