降解塑料的定义及生物降解塑料的分类

     ASTM  D883-00技术标准提出降解塑料，生物降解塑料等术语定义如下:
      降解塑料（degradable plastic）：是指在一段时间内，在特定的环境下，塑料化学结构发生重要的变化，在一段时间内用不同的标准方法对其性能进行测试，结果显示影响其分类的性能降低，应用范围缩小。
      生物降解塑料（biodegradable plastic）：首先它是一种降解塑料，这种降解是由于天然存在的微生物如细菌，真菌和水藻产生的。
      3 生物降解塑料的分类
      生物降解塑料按其来源不同，可以分为微生物合成型，化学合成型，天然高分子型；
      3.1 微生物合成型
      微生物合成高分子聚合物是由生物发酵方法制得的一类材料，主要包括微生物聚酯和微生物多糖，其中以前者研究较多。在微生物合成聚合物中研究的最多的是聚羟基脂肪酸酯（Polyhydroxyalkanoate 或 PHA）, 其中，聚羟基丁酸酯(poly hydroxybutyrate 或PHB)是PHA中发现的最早，研究的最透彻的]。
      PHA是很多细菌合成的一种细胞内聚酯，在生物体内主要是作为细胞内碳源和能源的储藏性物质而存在的。到目前为止已有约80种不同的脂肪酸作为PHA的单体在300种细菌中被发现，这些结构单元的碳原子数从3到14之间，有饱和或不饱和的侧链，脂肪族以及芳香族聚侧链等等。因为PHA具有生物可降解性、生物相容性、压电性、光学活性，可以被用作各种绿色包装材料与容器，生物可降解薄膜，污水处理用细菌床，电信器件外壳等。PHA具有生物可降解性，能在人体内自然降解，加之PHA具有一定的力学性能，可用作手术缝合线，骨组织移入人体和药物控制释放载体等，最终代谢物不会给人体带来任何毒副作用。
      目前，从事这一领域研究和生产的公司主要有英国的ICI化学公司,当前，国内外进行生物材料PHA研究最活跃的机构是：清华大学、日本东京工业大学、韩国先进科技研究院（KAIST）,德国明斯特大学、日本理化研究所（RIKEN）、加拿大麦基尔大学，法国CNR.。在国外，日本理化研究所所构建的一株基因工程菌的PHA产生量可占细胞干重的96%，并且利用混合菌群发酵廉价底物可显著降低PHA的生产成本；英国ICI公司已研制出PHB作为无需拆除的外科材料；美国宝洁公司(P&G)使用PHBHHX原料已经能够制造出薄膜，各种塑料容器以及塑料涂层等；我国在这一领域的研究也很活跃，尤其是清华大学和中科院，清华大学在“九五”期间，对生物材料聚烃基脂肪酸PHA的微生物合成，发酵生产，高分子性能的研究和应用开发做了多学科协同攻关的尝试，研究开发成功了新型PHA-3烃基丁酸和3-烃基己酸的共聚物PHBHHX，该产品在生物材料和纺织工程应用方面有很好的发展前景。李嘉诚于2003年9月投资汕头大学5000万建立多学科研究中心，计划建成一个以PHA为主的绿色生态产业链；荷兰帝斯曼投资集团公司于2008年注资2000万美元于天津国韵生物科技有限公司建立PHA生产基地，于2008年第二季度动工，计划2009年初可投入生产，建成后，PHA年生产量可达1万吨。 由国内知名投资集团投资建立的深圳意可曼生物科技有限公司目前已建成投产,5000吨/年的生产量使意可曼成为全球首个第四代PHA项目投产的企业，该项目的产品包括注塑级PHAS、吹膜级PHAS、吹瓶级PHAS,板片级PHAS，可广泛应用于农业、环境、生化、微电、能源、医用等领域。 
      3.2 化学合成型
      化学合成型材料大多是在分子结构中引入酯基结构的脂肪族聚酯，在自然界中其酯基易被微生物或酶分解。目前已开发的产品有聚乳酸（PLA）,聚己内酯（PCL）,聚丁二醇丁二酸酯(PBS)等；
      （1）聚乳酸-PLA
      聚乳酸是以乳酸为单体聚合而成，目前，已研究的聚乳酸聚合的方法有直接聚合法，开环聚合法，共聚合法，扩链法等。聚乳酸为浅黄色或透明的半结晶性，脆性物质，玻璃化温度为50-60℃，熔点为170-180℃，密度为1.25g/cm3,不溶于乙醇，甲醇等，易水解为乳酸。由于聚乳酸具有良好的机械性能，生物降解性和相容性，被广泛地用于包装容器，药物缓释体系，手术缝合线，骨固定材料等。
      聚乳酸在国内外的研究发展很快，美国CargillDow公司在2001年已形成年产14万吨的规模，计划在09年总能力达到45万吨/年，<华盛顿邮报>报道，斯达其泰克公司和KTM工业公司生产以玉米淀粉为原料的PLA(聚交酯)生物材料，该材料已在制造业的所有部门中得到应用；日本岛津、丰田等公司也实现了年产上万吨的生产规模[24]。日本油墨和化学公司利用聚乳酸制成可控降解速率的层压片材，可用于农用薄膜或城市工程用途或食品，饮料化学品包装袋，薄膜。 
      国内的PLA也处在积极发展中，中国科学院长春应用化学所在聚乳酸生产技术方面已取得了突破性进展。该研究所与企业合作，已经拥有30吨/年的生产能力，计划扩产达到5000吨/年。目前，该公司已经开展以聚乳酸为原料的制品开发，部分产品出口。浙江海正生物材料股份有限公司计划年产聚乳酸2万吨，目前已成为我国最大的聚乳酸生产企业，产品可用于制作包装材料，家电外壳或作为可降解纤维材料。中国科学院应用成都有机化学有限公司已建设规模年产聚乳酸2000公斤/年，可吸收骨内固定器30万件，可吸收医用防粘链膜100万张，可吸收缝线500万根，成为我国生物医学材料产业化示范基地。另外，哈尔滨威力大药业公司，吉林粮食集团收储经销有限公司，重庆博飞生化制品公司，山东博兴粮玉米加工有限公司等企业正在积极拟建聚乳酸生产线。
      （2）聚己内酯-PCL
      PCL是一种半结晶性聚合物，其熔点为59-64℃，玻璃化温度为-60℃，具有很好的柔韧性和加工性，目前主要用在医疗方面，如绷带、胶带、缝合线、药物缓释剂等。
      PCL的国外主要生产厂家有美国联合碳化学（Unidncarbde）公司,商品名为“TONE”,其产品可以被用于生产薄膜和薄片；日本大赛珞（Daicel chemical）化学公司，商品名为“Celgreen”； 英国Solvay化学公司，商品名为“CAPA”;国内从事PCL研究的单位有湖南国防科技大学 ，四川大学等。 
      （3）聚丁二酸丁二醇酯-PBS
      PBS是生物降解材料中的佼佼者，用途极为广泛，可用于包装，餐具，化妆品瓶及药品瓶，一次性医疗用品，农用薄膜，农药及化肥缓释材料，生物医用高分子材料等领域。PBS综合性能优异，性价比合理，和PCL,PHB、PHA等降解塑料相比，PBS价格极低廉，成本仅为前者的三分之一甚至更低；与其他生物降解材料相比，力学性能优异，耐热性好，加工性能好，可在现有加工设备上进行各种成型加工。
      国外从事PBS生产的企业主要有日本昭和化学（Showa Highpolymer）和韩国SK polymers公司,商品名分别为“Bionlle”和“SkyGreen”，可以被用于薄膜，包装袋和卫生产品等；另外，美国eastman 公司已建成年产15000吨/年的生产线[34]；日本三菱化学公司与Ajinomoto公司合作开发基于生物技术的PBS生产工艺，从植物淀粉提取琥珀酸，这两家公司将建设生物基琥珀酸装置，到2006年产能达到3万吨。国内从事PBS研究的主要是中科院理化工程塑料研究所。2005年，中科院理化技术研究所工程塑料国家工程研究中心和扬州市邗江佳美高分子材料有限公司，合资组建扬州市邗江格雷丝高分子材料有限公司，投资5000万元建设2 万吨/年PBS生产线.该生产线在2007年试车成功。上海申花集团、福建恒安集团等企业对PBS在一次性包装用品和卫生用品领域的应用推广也进行了有效开拓。
      （4）CO2基共聚物 
      二氧化碳共聚物是利用二氧化碳与环氧化物开键开环聚合生成脂肪族聚碳酸酯（APC）,因其良好的生物降解性能，在日常生活和工农业生产中得到应用。如CO2和环氧乙烷、环氧丙烷的共聚物因其水、气透过性小，可被制成塑料包装袋，食品保鲜膜，农用地膜等。通过改变环氧化物种类和比例，使其力学性能改善，可被制成可降解的包装材料，药物缓释体系的载体，手术缝合线等。
      国外研究二氧化碳共聚物的国家主要为美国和日本，但一直没有工业化生产。国内内蒙古蒙西高新技术基团公司于中科院长春应化所合作开发了CO2基全降解塑料的合成技术，该项技术被列入国家"863"高科技项目，目前，年产3000t的CO2基全降解塑料母粒中试线已经建成，并进入投料试生产阶段。该产品原料主要应用在包装和医用材料上。中科院广州化学研究所陈立班博士开发的低分子量二氧化碳共聚物技术已在江苏泰兴开始投产，品种是低相对分子质量二氧化碳/环氧化合物共聚物，用来作为聚氨酯发泡材料的原材料，用于家用电器等的包装。河南天冠集团采纳中山大小额孟跃中教师的技术，已经建成中试规模的二氧化碳共聚物生产线。长春研究所科研人员还与吉林金源北方科技发展有限公司联手，成功开发出二氧化碳共聚物医用敷料，建立了企业标准，并获得了世界上第一个二氧化碳共聚物医用一次性可降解材料生产许可证。目前，吉林金源北方科技发展有限公司已投入3000万元建立了医用敷料生产线，所生产的产品已吨级出口日本三菱商事、帝人公司等企业。他们同中国海洋石油总公司合作，圆满完成了二氧化碳共聚物万吨级生产线工艺包的设计，并成功建成年产3000t二氧化碳共聚物现代化生产线。目前，由中科院长春应用化学研究所与其他科研单位共同承担的国家“十一五”科技支撑计划项目“全生物降解塑料产业化关键技术”的研发已经启动，目标是在国内建成多条万吨级二氧化碳共聚物生产线，开发出低成本、高性能的系列二氧化碳共聚物产品，在我国形成具有世界影响的全生物降解塑料产业。
      3.3 天然高分子型
      利用淀粉、纤维素、甲壳质、蛋白质等天然高分子材料制备生物降解材料。这类物质来源丰富，可完全生物降解，安全无毒，日益受到重视。
      美国的Natureworks公司利用100%可再生植物资源生产的IngeoTM（英吉尔）天然塑料在生产过程中大大降低了二氧化碳的排放量和能源消耗，产品可以被应用在环保型塑料袋和纤维上。Warner-lambert公司开发的由70%支链淀粉和30%直链淀粉制成的新型树脂，其生物降解性可以代替正在农业上使用的各种生物降解材料。日本以纤维素衍生物和脱乙酰基多糖复合，采用流延法制得薄膜，其强度接近于聚乙烯，可用于包装袋，保鲜膜。我国的天津科技大学也在积极的研究纤维素基可降解材料，将纤维素溶解在有机溶剂中，刮膜制得薄膜，目前正在尝试采用吹膜装置，产品应用在保鲜上效果较好，但薄膜的热封性较差。
      全天然可降解材料虽然具有完全降解性，但材料在耐热性，力学性能上存在不足，不能满足工程材料的性能要求，因此目前多是通过天然高分子改性，或者与可降解聚合物PLA,PHA,PBS共混，得到有使用价值的高分子降解塑料。