生物降解材料的分類和優(yōu)缺點

隨著國家頒發(fā)了限塑令，研發(fā)降解材料成為業(yè)界奉行可持續(xù)發(fā)展的一個重要方向。生物降解材料，是指在自然界中如土壤和/或沙土等條件下，和/或特定條件如堆肥化條件下或厭氧消化條件下或水性培養(yǎng)液中，由自然界存在的微生物作用引起降解，并最終完全降解變成二氧化碳（CO2）或/和甲烷（CH4）、水（H2O）及其所含元素的礦化無機鹽以及新的生物質（如微生物死體等）。

針對白色污染應運而生

全球范圍來看，塑料垃圾造成的白色污染對地球的傷害不言而喻，只要有人類活動過的地方，都會留下白色污染的痕跡，在塑料發(fā)明后的150年間在洋流作用下，太平洋里形成了三處大規(guī)模塑料垃圾場，全球65年的塑料產量中僅有1.2%被回收，其余大部分被掩埋在人類腳下，等待600年的降解。

我們來看看”白色污染”的具體危害：

1、不易腐爛，垃圾堆放增加，占用了人類活動的空間；

2、焚燒處理不當會給環(huán)境造成二次污染，焚燒過程產生有毒物質，同時造成資源的浪費；

3、埋入地下不易分解，填埋的高分子材料中用于改性的添加劑會逐步滲漏出來，對水質和土壤造成破壞，部分高分子材料長達數百年降解，占用大量填埋空間；

4、漂浮在水中造成海洋污染，危害動植物的生存，破壞生態(tài)系統(tǒng)。

因此，近些年來，人類逐步開發(fā)出了生物降解材料，并且發(fā)現生物降解材料是一種很好的替代傳統(tǒng)塑料的產品，是白色污染的最佳解決方案。

降解過程：

首先，當生物可降解材料被扔到大自然中，經過一定條件（土壤、沙土、堆肥、厭氧、水性培養(yǎng)液等），自然分解為小塊，實質就是高分子斷裂的過程，再經過外界條件的摧殘，分解為大分子，再分解為小分子，被微生物吸收后，釋放二氧化碳和水，同時植物通過光合作用，釋放出氧氣，整個循環(huán)過程，非常環(huán)保。

四大分類及其優(yōu)缺特點：

生物降解材料到底有哪些種類？

目前主要分為四大類：PLA類（聚乳酸）、PBS類（聚酯類）、PBAT類（聚酯類）、PHA類（聚羥基烷酸酯）。

PLA：是最常見的可降解塑料之一，是以乳酸為主要原料聚合得到的聚合物。PLA生產過程無污染，而且產品可以生物降解，使用后的PLA可以通過堆肥，在溫度高于55℃或富氧和微生物作用下降解為二氧化碳和水，實現在自然界中的物質循環(huán)，不會對環(huán)境產生影響。

目前，聚乳酸的生產主要采用丙交酯開環(huán)聚合工藝將乳酸先脫水生成低聚物，然后解聚生成丙交酯，再開環(huán)聚合制得聚乳酸。

PLA還具有可靠的生物安全性、生物可降解性、良好的力學性能和易加工性，廣泛用于包裝、紡織行業(yè)、農用地膜和生物醫(yī)用高分子等行業(yè)。是可降解塑料研究中非?；钴S和市場應用最好降解材料之一，PLA在生物降解塑料中具有相對較低的成本，PLA的消費量居于前列。

PBS：是由于丁二酸和1，4-丁二醇經縮合聚合而成，原料來源為石油或生物資源發(fā)酵。PBS易被自然界的多種微生物或酶最終分解為二氧化碳和水，具有良好的生物相容性和生物可吸收性，良好的耐熱性能。

PBS可以用包裝薄膜、餐具、發(fā)泡包材、日用品瓶、藥品瓶、農用薄膜、農藥及化肥緩釋材料等領域。由于中國丁二酸原料有限，PBS的衍生物PBAT和PBSA順應而生，其與PBS的性能基本相似，但加工性能不及PBS。

PBAT：屬于熱塑性可降解塑料，一般以脂肪族酸、丁二醇為原料，經石化途徑或生物發(fā)酵途徑生產，既有較好的延展性和斷裂伸長率，也有較好的耐熱性和沖擊性能。由于PBAT的成膜性能良好，易于吹膜，廣泛用于一次性包裝膜及農膜領域。PBAT的缺點是降解條件相對苛刻。

PHA：PHAs類可降解塑料有聚羥基脂肪酸酯（PHA）、聚3-羥基丁酸酯（PHB）等類別，PHA的降解方式很特別，使用完后PHA可以在生物體內完全降解成β-羥基丁酸、二氧化碳和水。PHAs類可降解塑料熱變形溫度高、具有良好的生物相容性，但加工溫度范圍窄、熱穩(wěn)定性差、脆性大、生產質量不穩(wěn)定、可用于一次性用品、醫(yī)療器械手術服、包裝袋和堆肥袋、醫(yī)用縫線、修復裝置、繃帶、骨科針、防黏連膜及支架等領域。

來看看它們的優(yōu)點和不足：

可降解材料在性能、實用性、降解性、安全性上都有其優(yōu)勢。

在性能上，可降解塑料可以達到或在某些特定領域超過傳統(tǒng)塑料的性能；

在實用性上，可降解塑料有與同類傳統(tǒng)塑料相近的應用性能和衛(wèi)生性能；在降解性上，可降解塑料在使用后，可以在自然環(huán)境下（特定微生物、溫度、濕度）較快完成降解，并成為易被環(huán)境利用的碎片或無毒氣體，減少對環(huán)境的影響；

在安全性上，可降解塑料降解過程產生或殘留的物質對環(huán)境無害，不會影響人類和其他生物的生存。

缺點：目前替代傳統(tǒng)塑料的最大阻礙，是其生產成本較同類傳統(tǒng)塑料或再生塑料高。因此，在包裝、農膜等使用時間短、難以回收分離、對性能要求不高、對雜質含量要求高的應用領域，可降解塑料更具有替代優(yōu)勢。

包裝行業(yè)應用占大比重

從2019年全球可降解塑料消費結構和2017年西歐和北美可降解塑料消費結構可以看出，包裝行業(yè)占據很大的比重，特別是硬包和軟包，這是因為傳統(tǒng)塑料的單體用量低，容易污染，難以高效分離，這使得可降解塑料更有機會在這些領域成為傳統(tǒng)塑料的替代品，在可降解塑料中PLA、PBAT的生產較為成熟，且總產能占比居于前列，PHA的性能優(yōu)異，隨著成本下降，未來有望從醫(yī)療高端領域拓展至包裝、農膜等更大的市場。因此，這三種可降解塑料或成為替代傳統(tǒng)塑料的主力。

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