Page 110 - 《橡塑技术与装备》2024年8期
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橡塑技术与装备 CHINA RUBBER/PLASTICS TECHNOLOGY AND EQUIPMENT
性和相对丰度低的微生物群落代谢潜能低，其具备的
降解能力也就越弱。王格侠等 [19] 选取了 4 种典型的生
物降解聚酯，研究海水环境下和堆肥条件下的生物降
解速率。研究表明，在天然海水中的降解速率明显降
低，而高浓度的无机盐对非酶促水解过程有一定的促
进作用。李晓玺等 [19] 研究了不同 PH 值下对醋酸酯淀
粉降解性能的影响，由失重率和 SEM 分析可知，醋酸
酯淀粉膜在酸性环境下后期降解程度更大，而在碱性
环境中前期降解程度，表明了不同 PH 值环境下醋酸 图 4 可生物降解塑料的分类
酯淀粉膜的降解性能有所差异。
另外，环境因素会改变树脂的分子结构和特性从 淀粉是一种天然高分子化合物，天然淀粉通常有
而影响树脂的降解。因此，在自然环境中日光照射、 两种形式 ：直链淀粉和支链淀粉，其中直链淀粉分子
升温、与砂砾摩擦等原因都会促进树脂的老化，并同 质量较低通常为 20~800 kg/mol，而支链淀粉是一种
时产生羰基、羟基和含氧官能团，从而提高了微生物 高度支链、极高分子质量（通常为 5 000~30 000 kg/
降解塑料的能力 [21~23] 。 mol）的生物聚合物 [26] 。当前淀粉凭借着来源广泛、
价格低廉和安全无毒的特性在纺织、造纸和水处理等
领域大量应用，但天然淀粉中含有大量羟基，分子间
形成的氢键和淀粉分子本身较高的结晶度导致其熔融
温度高于分解温度，通常需要对其进行改性制备成热
塑性淀粉（TPS）才具备热塑性加工的能力。熊一鸣
等 [27] 利用十六烷基三甲氧基硅烷（HDTMS）对淀粉
进行偶联改性，通过熔融挤出得到热塑性淀粉（TPS）。
结果表明，HDTMS 加入使得 TPS 的加工性能得到改
善、淀粉基体耐热性能更高。
淀粉基可降解塑料虽然具有良好的生物相容性和
图 3 降解影响因素 可降解性，但是其机械性能和阻隔性能等还不足以与
合成聚合物相媲美，为了改善这些性能，人们对淀粉
2 可生物降解塑料的分类 基可降解塑料进行了广泛的研究。淀粉基塑料应用了共
可生物降解塑料从生产原料可划分为生物基可降 混、复合等高分子塑料加工技术如 ：淀粉基天然高分子
解塑料和石化基可降解塑料。而根据降解特性不同可 复合材料、淀粉基纳米复合材料、淀粉基功能复合材料、
生物降解塑料又分为完全生物降解型和生物破坏性高 淀粉基功能复合材料、淀粉基自增强复合材料等，这些
分子塑料 [24] 。其中生物基可降解塑料又分为天然高分 技术进一步提高了淀粉基材料的加工性能 [28] 。
子塑料（淀粉、纤维素）和生物基合成塑料。生物基 2.1.2 聚羟基脂肪酸酯（PHA）
合成塑料又可以再分为微生物合成生物基塑料（PHA） PHA 是由细菌发酵作用合成的一种线性饱和聚酯
和化学合成生物基塑料（PLA 等），石油基可降解塑 类塑料，其具有优异的力学性能和降解能力，在可生
料一般为石油产品，如聚己内酯（PCL）、聚己二酸 / 物降解塑料方面有着广泛的应用 [29~30] 。PHA 的主要合
对苯二甲酸丁二醇酯（PBAT）等 [25] ，具体分类如图 成方法分为化学合成法和生物合成法，而化学合成法
4 所示。由于可生物降解塑料种类众多，本文将从生 工艺流程复杂成本高，目前主要以生物合成法来进行
产原料的划分方式对当前几种主流的可生物降解塑料 PHA 的生产。PHA 通常有短链和中长链两种，其中
进行论述。 短链 PHA 的结晶度较高具有强而硬的特点，而中长链
2.1 生物基可降解塑料 的 PHA 结晶度低具有软而硬的弹性体特征 [31] 。现今
2.1.1 天然高分子塑料（淀粉） PHA 经过多年的发展出现过较为成功的四代工业化产
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