可降解塑料是一类新型的带降解功能的高分子材料，在使用过程中，它与同类的普通塑料具有相应的卫生性能和相近的应用性能，而在其完成使用功能后，这种材料能在自然环境条件下迅速地降解成为容易被环境消纳的碎片或碎末，且随时间的推移进一步降解成为最终氧化产物（CO2和水），最终回归自然。基于塑料废物对环境的污染，以及环保呼声和人类需求，研究可降解高分子材料是当务之急。在特定的时间内并且在一定的环境条件下，可降解塑料的化学结构会发生变化，根据促使其化学结构发生变化的原因来分类，可降解塑料可分为生物降解塑料和光降解塑料两大类（见图 1）。 图1 生物降解和光降解塑料分类
具体包括以下几类：
淀粉与其他生物降解聚合物相比，具有来源广泛、价格低廉、易生物降解的优点，因而在生物降解材料领域中具有重要的地位。天然淀粉是可降解聚合物的一种常用填料，但是通过化学改性处理，淀粉本身也可以制成可降解塑料。淀粉基生物降解塑料是泛指其组成中含有淀粉或其衍生物的生物降解塑料，它包括淀粉填充型降解塑料以淀粉基完全生物降解塑料目前淀粉填充塑料多用淀粉与 PE、PVC 、PP 和PS等高聚物共混，通过挤塑模压、注塑、发泡等方法制得。由于这些疏水性的高聚物与亲水性的淀粉没有相互作用的功能基团，因此它们之间相溶性很差，加上淀粉难以铸造成型、产品机械性能差等特点，使得淀粉的用量受到限制。因此淀粉必须经过表面疏水化改性后才能作为材料使用，但是填充型塑料还是不能完全生物降解（仅裂成碎片）。 由于淀粉分子含有大量羟基，分子间及分子内氢键作用很强，从而导致其分解温度低于熔融温度，热塑性差，较难通过传统塑料机械来进行热塑性成型加工。因此要制得淀粉基完全生物降解材料，必须使天然淀粉具有较好的热塑性镜片镀膜机
改变其分子内部结构，使淀粉分子变构且无序化，破坏分子内氢键，使结晶的双螺旋构象变成无规构象，使大分子成无序状线团结构，从而降低淀粉的玻璃化温度和熔融温度由不可塑性转变为可塑性，便于加工。由于普通淀粉的大量羟基基团可以吸附水，从而引起淀粉聚合物的过早降解。如果采用酯基团或者是醚基团取代了这些羟基基团则会使这种聚合物的防水侵蚀能力大大提高。通过特殊的化学处理方法可以将淀粉聚合物进行交联以提高其耐热、耐酸和耐剪切特性。通过这些化学处理后，改性淀粉聚合物同时兼具可降解性能和一般商用热塑性塑料的功能! 但是由于淀粉对水的敏感性，以及其机械力学性能特性使得淀粉基生物降解塑料的应用都受到严重限制。由目前国内外公布的各种品牌淀粉塑料来看，其力学性能一般。更为致命的是，和同类应用的现行塑料相比，其使用性能主要缺点之一是凡含淀粉的降解塑料耐水性都不好，湿强度差，一遇水则力学性能大降，而耐水性恰恰是现行塑料在使用过程中表现的优点，这是淀粉基生物降解塑料急需解决的问题。
sync pad（2）聚乳酸（PLA）
聚乳酸（PLA）最早由美国著名高分子化学家Carothers 发现。聚乳酸也称为聚丙交酯，聚乳酸纤维以地球上不断再生的玉米等为原料（国内也称玉米纤维），原料来源充分而且可以再生。
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（PLA）的合成通常有三种方法，一种是乳酸直接缩合法，这种方法生产工艺简单，是降低（PLA），成本的重要途径，但缩聚反应进行到一定程度时体系会出现平衡态，因此很难得到高分子
量的（PLA）。第二种是先由乳酸合成丙交酯，再在催化剂作用下的开环聚合法，目前制备高分子量的（PLA），一般采用这种方法；但这种方法在聚合时对催化剂的纯度、单体的纯度要求极高，即使是极微量的杂质也会使（PLA）的分子量低于67万，而且聚合条件如温度、压力、催化剂的种类和用量、反应时间等等也会极大地影响（PLA）的分子量，所以高分子量（PLA）的合成是一个技术难点。还有一种是固相聚合法，这种方法是将直接聚合法得到的低分子量树脂在减压真空、温度在 Tg-Tm之间的条件下进行聚合反应得到，以提高其聚合度，增加分子量，从而提高材料强度和加工性能。我国的邓先模、熊成东、冯新德、沈之荃等学者在PLA及其共聚物合成的催化体系方面进行了大量的研究工作，并且在温和的反应条件下，合成得到了超高分子量的PLA （MW>100万）。
聚乳酸在常温下性能稳定，但在温度高于55。C的弱碱性或富氧条件下在微生物的作用下会自动降解，使用后它能被自然界中微生物完全降解，最终生成二氧化碳和水，而且不像传统的石油基塑料会增加二氧化碳的释放，聚乳酸在分解过程中产生的二氧化碳，可再次被使用成为植物进行光合作用所需的碳原子。
（3）聚羟基烷酸酯（PHAs）
聚羟基烷酸酯（PHAs）是一种脂肪族聚酯，于1962年发现，生物聚酯PHAs 是由微生物或者植物生产的新型高分子材料，可以通过植物糖（如葡萄糖）经过细菌发酵得到。生物聚酯 PHAs分子结构多
样性强，因此其性能也具有很强的可变性和操作性，通过基因工程技术开发各种超强微生物合成平台，目前已发现的聚合物组成单体超过150种，各种单体的不同结构将为生物聚酯材料带来许多功能以及应用，并且新的单体被不断地发现出来。由微生物合成的PHAs有一些特殊的性能，包括生物可降解性、生物相容性、压电性和光学活性等。另外，根据单体结构或含量的不同PHAs的性能可从坚硬到柔软到弹性变化。
由于聚合度的不同，可以生产出分子量在 1,000-1,000,000，这些产品的
断裂伸长率从 5%-1,000不等。结晶度在10%到60%.之间。其产品与水的隔绝性以及湿性和可打印性能类似于PET，具有非常好的抗34性能。这些聚合物在水中是稳定的，但是在海水、土壤、堆肥和废弃物处理环境中是可以生物降解的，对环境没有二次污染。其物理化学性能与聚丙烯相近，且还具有生物相容性、光学活性、压电效应、低透氧性、抗紫外线和抗凝血性等许多独特的优点，使其更受青睐。
（4）聚己内酯(PCL)
聚己内酯(PCL)是一种化学合成的聚合物材料，大多是在分子结构中引入酯基结构的脂肪族聚酯，可通过己内酯的开环聚合或配位聚合反应而得到，在自然界中其酯基易被微生物或酶分解。PCL是一种半晶型的高聚物，结晶度约为45%左右，聚己内酯的外观特征很像中密度聚乙烯乳白具有蜡质感。
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它的熔点约为60．C，玻璃化温度约为-60．C，粘度很低，PC具有很好的热塑性和加工性，其断
裂伸长率和弹性模量介于LDPE与HDPR之间，可以挤出、注塑、拉丝吹膜等成型加工。酯基的存在也使它具有较好的生物降解性能和生物相容性，由于PCL和其他广泛使用的合成树脂具有良好的相容性，所以可赋予共混物生物分解性，从而提高PCL 应用价值。它可用作手术缝合线、医疗器材和食品包装材料。但是由于它的熔点低，而且在大约40。C左右就变软，限制了其应用范围。
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2、可降解塑料的降解机理
奖章制作一般认为，可降解塑料是指一种通过土壤中微生物作用或太阳光辐射作用使其能分解成为小分子物的塑料。它必须在满足了产品使用的要求性能及易加工性能的基础上兼具有可降解性能。
太阳光对聚合物材料作用的实质是太阳光中的紫外光和空气中氧的综合效应，因此也称为光氧化降解。下面以聚烯烃为例解释光氧化降解的机理，光氧化对于聚合物的作用实质是引起聚合物的断链或交联，并在此过程中伴随形成了一些含氧官能团，如羧酸、过氧化物、酮和醇。聚合物中催化剂残留物以及加工过程中引入的过氧化物和羧基的引发作用是其降解的主要来源，其引发过程如下：催化剂残留物的引发作用
Mn+ Xn M(n-1)+Xn-1+X·（1）
X·+PH P·+XH （2）
过氧化物引发作用
POOH PO·+·OH （3）
PO·+PH POH+P·（4）
P·+O2 POO·（5）
POO·+PH POOH+P·（6）
N-Ⅰ型：
N-Ⅱ型：
通过上述反应，导致聚合物被降解。
微生物对聚合物的劣化作用主要分为生物物理作用、生物化学作用及酶的作用。聚合物的自身结构以及周围的环境，如温度、水、pH 值和氧气等都是影响微生物降解作用敏感性的关键因素，通过如下过程达到降解目的（见图 2）。
图2 羧基引发作用——诺里什(norrish)型反应 N-Ⅱ型降解过程
聚合物在微生物(主要指真菌、细菌或藻类等)作用下，能被侵蚀或代谢而促使其化学结构发生变化，导致分子量下降，其作用机理主要分为两种情况：（1）生物物理作用。即塑料制品被微生物侵蚀后，生物细胞发生增长，促使聚合物分解、电离或质子化，这种物理作用对聚合物造成了机械性的破坏，将高分子量的聚合物分裂成了低聚物碎片，从而达到了物理降解的目的。（2）生物化学作用——酶的直接作用。此种情况是由于真菌或细菌分泌的酶的侵蚀，导致了塑料的
分裂或氧化崩裂，使非水溶性聚合物分裂或氧化降解成水溶性碎片，生成新的小分子化物（CH4，CO2和H2O）直至最终分解。
普遍认为导致生物降解的高分子材料的生物降解机理一般有两种假设：一种是从分子主链中选择性切断；另一种是从分子链末端侵入式切断。因而材料其本身的结构性质，如组成、主侧链结构、端基的大小、空间位阻的有无是影响其降解性能的关键因素。其中主链性能的影响较大，在聚合物的主链中如果含有易水解的键，则很容易被生物降解；其次如果主链的柔顺性大，那么降解速率相对较快，反之刚性大的主链、排列有序，则降解速率慢。聚合物材料的生物降解性会因支化和交联而降低。例如
在聚乳酸（PLA）分子链的末端引入疏水基团，可以降低降解最初阶段的侵蚀率，这是由于在降解原始过程中，PLA的侵蚀主要依赖于分子链末端结构，增加了疏水基团，导致其侵蚀率下降[6]。另外，一些科研人员研究了聚合物的化学结构及其材料的相对分子质量对其降解效果也起着重要的作用。
2、可降解塑料的开发及应用情况
国内光降解塑料的研究开发在 20世纪 70年代中期起步，而后仅有少数几个单位进行了淀粉填充型崩坏性生物降解塑料的研究，随着环保呼声日益强烈，对于降解塑料的研究到了 90年代就迅速发展起来，并多次掀起开发生产降解塑料热潮。目前出于从资源、技术、市场、环保等方面统一考虑，降解塑料正致力于研究新技术，开发新型高效促降解剂，提高降解时控性、快速降解性和完全降解性，开拓新用途，稳步而有序的向前发展。我国科研人员正积极研究科学合理符合国情的试验评价方法和标准，从而进一步降低成本。生物降解材料作为多功能高新技术材料具有无毒、可生物降解及生物相容性好等优点，应用广泛，市场潜力极大。目前，生物降解材料在环境保护和医学研究与临床等领域的应用比较成熟。
（1）食品容器和包装行业
生物降解高分子了在包装领域具有很大的市场，在包装材料中，一次性商品包装的使用是造成“白污染”的主要源头，因此采用生物降解材料制成我们所使用的各种食品包装袋、垃圾袋等具有良好的发展
前景。
（2）水资源领域的应用
近年来，由于聚己内酯的出现，生物降解材料在水资源领域的应用也有了新的发展。水域环境中存在的微生物酶，可使降解材料降解成为低分子化合物，并最终参与微生物的新陈代谢。
（3）农林业方面的应用
在农业上，生物降解材料可用作农用地膜、农作物生长容器、草皮片、肥袋以及农用药物的控释材料来使用。生物降解材料可经有机降解成为混合肥料，或与有机废物混合堆肥，例如用甲壳素/壳聚糖制备的生物降解高分子材料或含有甲壳素/壳聚糖的生物降解高分子材料，其降解产物既有利于植物生长且可有效改良土壤环境。
我国是农业大国，每年农用薄膜及各种农用产品包装袋等的用量很大。农作物地膜覆盖面积以每年20%～30%速度增长， 2005年化肥包装袋的用量就已经达到了 36 万多吨。如此造成了大量废弃物，既污染了环境又浪费原料。如果有效采用可生物降解高分子材料代替，农用薄膜可在田里自动降解且变成对土地有益的营养成分，既减轻对环境的污染，又有益于农作物的生长，由此达到了循环利用的目的。
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