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简介 生物降解聚合物在几十年前已经开始开发了,但是真正在商业化领域的成熟却是非常缓慢的。究其原因,在于同传统塑料材料相比,可生物降解聚合物具有成本高、物理性能差这样的缺陷。另外,对于将可生物降解材料投入实际工业化的下游生产者也缺乏足够的鼓励措施。
现在这种不景气的状况正在逐渐改变。可生物降解聚合物的生产成本被工业生产体系的扩大化所大大降低了,而其性能正随着逐渐进步的复杂聚合和共混技术而变得更强和更耐用持久。另一方面,随着公众对环境的关注程度的日益增长,可生物降解聚合物开始在各种食品和饮料包装领域得到了更多的推广使用。在有些国家和地区,可生物降解材料正得到法律上的鼓励和支持。
市场概况 可生物降解聚合物,尤其是来自于生物合成的聚合物,在世界塑料市场中只占有很小的份额。欧洲技术远景调查委员会的一份关于生物基可降解聚合物的研究报告得出结论认为到2010年该类材料在欧洲将会在聚合物市场占有1~2%的份额,即使到2020年也不会超过5%。
在可降解塑料的应用领域,食品包装占有最重要的地位。由该类材料制成的容器、薄膜和发泡材料被应用于包装肉类、乳制品及各种烘烤制品。由该类材料制成的用于盛放水、牛奶、果汁和饮料的一次性杯子也得到了广泛应用。还有一部分该类材料被用于制作盘子、碗和碟子等。用于食品废弃物收集和堆肥的袋子和超市用塑料袋也是该类材料的一个应用领域。另外,该类材料在农用膜领域的应用正逐渐增长。

图 1: 可生物降解聚合物 (BDP) 的产量近年来增长迅速
性能 可生物降解聚合物不同于大多数其它塑料的特点在于可被日常环境中的细菌和真菌微生物所破坏降解。如果六个月内一种聚合物能在土壤或水中被全部破坏降解,那么这种聚合物就可以被认为是可生物降解聚合物。大多数情况下,降解产物是二氧化碳和水。任何降解产物和残留物都必须经过毒性和安全性测试。
可生物降解塑料既能够由可再生资源(如通过谷物制造的糖类)也能够通过石油产品作为原料而制得。这类塑料既可以单独使用也可以和其它种类的塑料和添加剂混合使用。
可生物降解聚合物适用于绝大多数标准塑料加工技术,包括热压、挤出、注射和流动成型。
种类 绝大多数可生物降解塑料属于聚酯系列,尽管也有个别特例,如由改性淀粉制得的材料。虽然芳香族聚酯,例如PET,具有很好的机械性能,但是这类聚酯对微生物侵蚀具有相当强的抵抗能力。与之相反,脂肪族聚酯很容易被降解然而不具备芳香族聚酯那样良好的机械性能。为了改善可降解脂肪族聚酯的物理性能,研究者在脂肪族聚酯分子链中添加一些共聚单体,既有芳香族单体也有脂肪族单体。
聚羟基烷酸酯(PHAs) 聚羟基烷酸酯是脂肪族聚酯,在这一类聚酯系列中最重要的是聚羟基丁酸酯(PHB)和聚羟基戊酸酯(PHV)。商业化的PHA一般都是PHB和PHV或者是PHB和另外一种聚羟基烷酸酯--聚羟基己酸酯(PHH)的共聚物。PHAs是由植物糖(如葡萄糖)经过细菌发酵而制得。聚合物在细菌细胞内逐步积累而形成,收获这些细胞即可得到聚合物产品。

图 2: 通过微生物发酵糖类制得的聚酯--聚羟基烷酸酯可以被加工得到很多产品。 |