生物降解塑料的研究现状与发展前景

０ 前 言
的光 降解 塑料 ，８Ｏ年代 研发 淀粉 添加 型 降解塑料 ， ９ｏ年 代的研发 重点是光 降解 、碳 酸钙填 充光 降解 、
随着塑料 工业 的迅 速发展 ，全球 塑料年 产量 已 淀粉添加 型部分生 物降解 、淀粉 添加型热 氧化生 物
超过 １亿 ｔ。据不完全统 计 ，２０１０年我 国塑 料制 品 降解 以及 热氧 化降 解 等降解 塑 料 。上 述 降解 塑料
解 塑料 与 淀 粉 的共 混 物 ，如 淀 粉／ＰＶＡ、淀 粉／ＰＣＬ 构 中引入能被 微 生物 降解 的含 酯基 结 构 的脂 肪族
和淀粉 ／ＰＬＡ等［６］。
聚酯 。具有代表 性 的产 品有 ＰＣＬ，ＰＢＳ和 ＰＬＡ 等 。
美 国 Ｄｕ Ｐｏｎｔ公 司 、Ｅａｓｔｍａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ公 司开 冀玲芳 等［１叩将 ＰＣＬ与 热 塑性 淀 粉 、ＰＥ进行 共 混 ，
１．２ 国外 现状
产 品 ，已建成 年 产 ４．５万 ｔ规模 的工业 化 生产 线 ，
近 年来欧美 发达 国家十分 重视生物 降解 塑料 ， 商 品名 为 “Ｎｏｖｏｎ”，已用 于垃 圾袋 、餐具 、尿 布 、农
特别是原 料来 自可再生 资源或 工业废气 （如二 氧化 膜等 。德 国已商 品化 的产 品有 Ｂｉｏｔｅｃ公 司开 发 的
完全降解 塑料 。其 降解 后 的碎 片仍 残 留在 农 田和
为治理塑料废 弃物对 生态环境 造成 的污染 ，降 土壤 中。虽然经 十余年 的跟踪试验证 明 ：降解 碎 片
解塑料 应运而 生 ，并 在 近些 年 获得 了较 快 的 发展 ， 对土 容量 、密度 、土 壤 水 运动 、孔 隙 污 染 的影 响很
１．１ 国 内现 状
争议 ，发展也受 到一定 的制 约 。
我 国降解塑料 的研发 起 步 于 ２０世 纪 ７Ｏ年代
近年来 随着 生物降解塑料 生产技术 日趋成 熟 、
生产规 模不断 扩大 、产 品价 格下 降 ，我 国也掀 起 了
收 稿 日期 ：２０１２—０２—１６ 作者 简介 ：于浩 强（１９８７～），男 ，在读 硕士研 究生 ，主要从 事淀粉
四类新 材料 ”。日本 在 １９８９年 由 ５７个 企 业 、学 校 这类 生物降解 塑料 以 ＰＨＡ 类 为 多 。ＰＨＡ 是 由微
等联合 成立 了生 物 降解 塑 料 研究 会 。该研 究 会 在 生物 通过各种 炭 源 发酵 而 合成 的不 同结 构 的脂 肪
对 生物 降解塑料 生产应 用 、发展 动 向 、技 术进 展 、试 族共 聚聚酯 。其 中最 常见 的有 ＰＨＢ，ＰＨＶ 及 ＰＨ—
碳 ）的生 物 降解 塑料 的发 展 ，投入 了大量 的人 力 物 淀粉基 塑料“Ｂｉｏｐｌａｓｔ”，已用 于生产 餐饮 具 、托 盘 或
力 ，加快 其实用 化和产业 化进程 ［５］。
与 ＰＣＬ，ＰＬＡ 等共混 生产薄膜 产品 。
（１）美 国降解塑 料 的消 费量逐年 增加 ，２０００年
按降解机 理 的不 同 ，生物 降解 塑料 可分 为不完
５．９万 ｔ。
全生 物降解 塑 料和 完全 生 物 降解 塑 料 。其 中不完
美 国是世 界上 研 究开 发 生物 降 解 塑料 的主 要 全生 物降解 塑料是指 在 常规 塑料 （如 ＰＥ，ＰＰ，ＰＶＣ
国家 之一 。从 事研究 开发 的主要单位有 十 多家 ，包 等 ）中通过共 混或 接 枝混 人 一定 量 的 （通 常质 量 分
的聚乳酸 （ＰＬＡ）、聚 己 内酯 （ＰＣＬ）、聚丁 二 酸 丁二 及可 以在 人体 中分 解而不 产生有 害物质 的器件 Ｉ９］。
醇 酯 （ＰＢＳ）、脂 肪 族／芳 香族 共 聚酯 、二氧 化 碳／环 氧化合物 共聚物 （ＡＰＣ）、聚 乙烯 醇 （ＰＶＡ）等 ，可 降
（２）化学 合成降解 塑料 化 学合成法 合 成 的降 解 塑料 大 多是 在 分 子结
物 降解塑料 存在 的 问题及 其发 展 方向 。
关键词 生物 降解 塑料 ；应 用；发展 前景
中图分类 号 ：ＴＱ ３２０．６６
文献标 识码 ：Ａ 文章编 号 ：１００９—５９９３（２０１２）０１—０００１—０５
Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｓｔａｔｕｓ ａｎｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍ ｅｎｔ Ｔｒｅｎｄ ｏｆ Ｂｉｏｄｅｇｒａｄａｂｌｅ Ｐｌａｓｔｉｃｓ
其降解 塑料需 求量 达到 １１９．３万 ｔ，占塑 料 总消 费 ２ 生 物 降 解 塑 料 的分 类 及 降 解 机 理
量 的 ３．３ ，其 中生物 降 解 塑料 ４６．６万 ｔ，光 降 解 ２．１ 生物 降解 塑 料的 分类
塑料 ３７．５万 ｔ，光／生 物 降解 塑料 ２９．３万 ｔ，其 它
验评价 方法等方 面进行 了大量 调研 和交流 工作 ，对 ＢＶ 。
促进和 引导 日本 生 物 降解事 业 的发展 起 了一 定 作
ＰＨＢ是一 种具有 良好 生物 降解 性 能 的热 塑性
用 。 目前研究会 会员 已发展 到 ７Ｏ家 。
聚酯 。它 的许 多 物 理性 能 和力 学 性 能 与 ＰＰ的接
取得 了显著 的经 济效 益 和社 会效 益 。生物 降 解塑 小 ，对农作 物生长 也无 不 良影 响 ；但 其 长期 积 累对
料 已成 为全球瞩 目的研发热 点 。
农 作物生长有 无 影 响 尚缺 乏 长期应 用 跟踪 试验 数
１ 生物 降解 塑 料 的 发 展 现 状
据的证 明 ，而 且也 缺 乏权威 的评价 方 法和 标准 ，致 使 多年来人们 对 此类 降解 塑料 一直 存 在着 较大 的
为 首的 聚合物 降 解研 究联 合 体 。其 宗 旨是促 进 生 塑料 是 指在 使用 中能保 证 与 常规 塑料 相 近 的物 理
物 降解 和其 它环境 降解 聚合物 的基 础研究 、教 育及 力学性 能 ，废弃 后 能被 自然 界 中的细 菌 、真菌 等 微
在设 计 、合 成 、特 性 、测试 和 加 工等 方 面 进行 培 训 ， 生物分解 成低分子 化合物 ，并 最终分解 成 水和二 氧
同时促进 生物 降解 塑 料 在农 业 、包装 、生 物 医学 等 化碳等无 机物 的高分 子 材料 。因其 起 到 了很 好 的 领域 的应用 ，环境及 野生动 物保护 以及加 强与 塑料 保 护环境 的作用 ，所 以又被称 为“绿 色塑料 ”［８］。
废 弃物处 理研究 中心 的技 术交流 等 。
Ａｂｓｔｒａｃｔ￣Ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｓｔａｔｕｓ ｏｆ ｂｉｏｄｅｇｒａｄａｂｌｅ ｐｌａｓｔｉｃｓ， ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ ｆｏｃｕｓｉｎｇ ｏｎ ｄｅｓｃｒｉｂｉｎｇ ｔｈｅ ｔｙｐｅｓ， ｍ ｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ，ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｖａｌｕａｔｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｂｉｏｄｅｇｒａｄａｂｌｅ ｐｌａｓｔｉｃｓ ｗｅｒｅ ｒｅｖｉｅｗｅｄ． Ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍ ｅｎｔ ｔｒｅｎｄ ａｎｄ ｐｒｏｂｌｅｍ ｓ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｉｎ ｂｉｏｄｅｇｒａｄａｂｌｅ ｐｌａｓｔｉｃｓ ｗ ｅｒｅ ｐｏｉｎｔｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｂｉｏｄｅｇｒａｄａｂｌｅ ｐｌａｓｔｉｃｓ；ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ；ｄｅｖｅｌｏｐｍ ｅｎｔ ｔｒｅｎｄ
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
产量 超过 ５ ８００万 ｔ，其 中相 当一部 分 是一 次 性 塑 具有一定 降解 功能 ，且使 用性能 和价格 较接 近普通
料材 料 。由于其 量大 、分散 ，很难 回收再利用 ，绝 大 塑料 ，因此 ，一度受到市 场青 睐Ⅲ２棚。但 它们均 属不
部分 成为 白色垃圾 ，对环境 造成严重 污染＿１］。
的改性及 生物降解 塑料 的制备 。
新 的研 发生物降解 塑料 的热潮 ，并 取得 了可喜 的进 展 ¨４］，种类 繁多 的降解 塑料产品 已经进入 中试 或批 量 生产 。
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生物 降解 塑料 的研 究现状与发展 前景
《上海塑料 》２０１２年 第 １期 （总第 １５７期 ）
生物 降解塑料 的研 究现状与发展前景
《上海塑料 》２０１２年第 １期 （总第 １５７期）
生 物 降解 塑 料 的 研 究 现 状 与 发 展 前 景
于浩强 ，张艳梅 ，王晓慧 ，刘勇旭 ，孟平蕊 ，李 良波
（济南大学 化学 与化工学 院 ，山东 济 南 ２５００２２）
摘 要 综述 了生物 降解 塑料 的 国内外研 究现 状 ，重点 阐述 了生物 降 解塑 料 的种 类和 降 解机 理 、应 用及 其评 价 方 法 ，并 指 出 了生
（３）目前 全球 研 发 的生 物 降解 塑 料 已达 几 十 近 ，且具有 生物 降解 性 和相 容 性 ，在生 物 体 内可 完
种 ，进 行批量 生 产 或工 业化 生 产 的 品种 包括 ：微 生 全降解成 Ｊ｝羟基 丁酸 、二 氧化碳 和水 。用这种 生物
物发 酵合 成 的 聚羟 基 脂 肪 酸 酯 （ＰＨＡ），化学 合 成 降解塑料 制成 的材料可用 于药物 释放系 统 、植 入体
已建成 ４ ５００ ｔ／ａ规 模 的 生 产 线 ，并 已 批 量 生 产 ； 等共聚而 制得 比普 通 ＰＢＳ熔 点 高 ，又 能保 留其 原
Ｎｏｖｏｎ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ公 司开 发 的淀 粉 基 塑 料 系 列 来 生物降解 性 的共 聚降解 塑料＿１ ］。另外 ，加入 己
生物 降解塑料 的研 究现状与发展前景
发 的脂 肪 族 ／芳 香 族 共 聚 酯 ，商 品 名分 别 为 “Ｂｉｏ— 得 到 了加工 性能 、力 学性 能 、生 物降 解 性 均非 常 优
ｍａｘ”和“ＥａｓｍｒＢｉｏ”，已建成 年产 万 ｔ级生 产 规模 ； 异 的降解塑 料 。ＰＢＳ具有 良好 的热 稳 定性 和较 高
Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ公 司开 发 的 ＰＣＬ，商 品名 “Ｔｏｎｅ”， 的相对分子 质量 。将 其 与熔 点 较高 的芳香 族 聚 酯
《上海 塑料 》２０１２年 第 １期（总第 １５７期 ）
二 酸 、乙二醇等 共聚组分 ，还 可改 善 ＰＢＳ的生 物 降 浓缩母料 ，经 挤 出吹塑制成厚 度为 ０．００５ ｍｍ 的可
解性 ＿１引。以 ＰＢＳ为基体 材料制造 的各 种相 对分 子 控降解地 膜 。此种 地 膜 已在 国 内十几 个省 市覆 盖
ＹＵ Ｈａｏ—ｑｉａｎｇ，ＺＨＡ Ｎ Ｇ Ｙａｎ—ｍ ｅｉ， ＷＡＮＧ Ｘｉａｏ—ｈｕｉ。Ｌ， Ｙｏｎｇ－ｘｕ， ＭＥＮＧ Ｐｉｎｇ－ｒｕｉ，ＬＩ Ｌｉａｎｇ－ｂｏ
（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｊ ｉｎａｎ， Ｊｉｎａｎ ２５００２２，Ｃｈｉｎａ）
按 制备方 法 的不 同 ，生物 降解 塑料 可分为 ：
（２）近年 来 日本 对生 物 降 解 塑料 的研 究 开发 给予 了极 大 的关 注 。 日本 通 产省 已将 生物 降 解塑
（１）微 生物合成 降解塑 料 微 生物合 成降 解塑 料 是微 生 物把 某 些 有 机 物
料列为 金属材料 、无机材 料 、高分 子材料 之后 的“第 作为食 物源 ，通 过 生命 活 动合 成 的高分 子 化合 物 。
质量 高的聚酯产 品主要是 发泡材料 ，常用作 电子 电 约 ６Ｏ公 顷农 田，取得 了较 好的使用 效果 。此 外 ，天
气 等的包装材料 。 （３）天然 高分子 共混降解 塑料
津大学 、中科 院长春 应化 所 、四川 大学 等单 位 也对 淀粉基生 物降解塑料 薄膜进行 了研 究｜２ 。
括企 业 、研究 所 和大学等 。美 国最 大的降解 塑料 研 数 为 １０ ～ ３０ ）具 有 生 物 降 解 特 性 的物 质 。这
究组 织 是 以 Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ Ｌｏｗｅｌｌ 种塑料在 大 自然 中不 能完 全 降解 。完 全 生物 降 解