孫書靜

塑料與生物降解

孫書靜

隨著人民生活水平的提高，人們消耗的自然資源與能量越來越多，生產(chǎn)的廢棄物也越來越多。這些大量的廢棄物給社會帶來了巨大的壓力。如高分子材料，尤其是一次性的塑料包.裝制品，質(zhì)輕、體積大，又耐腐蝕、難回收。為了解決塑料廢棄物的處理問題，積極開發(fā)可環(huán)境降解的塑料是一種可行的辦法。

塑料；廢棄物；生物降解；

1 前言

降解塑料是指其制品在保質(zhì)期內(nèi)能滿足使用要求，而使用后能為環(huán)境所降解(意為高分子材料在環(huán)境中的光、熱以及微生物的作用下而由大分子變?yōu)樾》肿?，然后能被環(huán)境所吸收)的塑料。塑料的降解包含化學(xué)降解、生物降解及光降解，這三種降解相互間具有增效的作用。本文重點介紹生物降解塑料。

2 生物降解塑料

生物降解塑料是一類在自然環(huán)境條件下能被微生物所分解的塑料。

塑料生物降解的實質(zhì)其實就是微生物所分泌的酶的作用的結(jié)果。生物酶能切斷高分子鏈中的某些化學(xué)鍵，使長分子鏈變短，然后由微生物所吸收，再經(jīng)體內(nèi)新陳代謝，高聚物最終被變?yōu)槎趸寂c水。到目前為止，所知能被微生物分泌的酶所切斷的化學(xué)鍵包含酯鍵、苷鍵(或醚鍵)以及肽鍵(或酰胺基團)，酶為水解酶(所以不具親水性的合成高分子化合物不能被微生物所分解)。

天然高分子纖維素、淀粉以及脫乙酰甲殼質(zhì)等都含有α—1，4苷鍵，所以它們能被分泌催化(切斷苷鍵)此聚合物分解的酶的微生物所降解。其中淀粉須略加注意，淀粉分為直鏈和支鏈淀粉兩種，直鏈淀粉中因只含有α—1，4苷鍵，分子內(nèi)易形成氫鍵。因此，在自然環(huán)境中，直鏈淀粉分子通常是卷曲成團的。由于這種結(jié)構(gòu)比較緊密，不利于水分子的接觸，故直鏈淀粉不溶于水。盡管如此，它還是能被淀粉酶分解成麥芽糖。支鏈淀粉不僅含有α—1，4苷鍵，而且還含有α—1，6苷鍵，是一種帶有許多支鏈的線形高分子化合物，由于分子中支鏈較多，容易與水分子接觸，能溶于水，所以此種淀粉易被環(huán)境分解。含有此類天然高分子成分的塑料易被環(huán)境所降解。

含有酯鍵、肽鍵和醚鍵的合成高分子，如PCL、PLA、PG、PA以及PUR等高聚物具有一定的生物降解性。 PCL(聚ε—己內(nèi)酯)和PLA(聚乳酸)的長分子鏈中都含有酯鍵，其中能分解PCL的微生物廣泛分布于喜氧或厭氧的各種環(huán)境中，作為生物可降解塑料已于上世紀(jì)七十年代就得到了開發(fā)。PLA在自然環(huán)境條件下，首先因水的作用開始化學(xué)水解(伴隨分子量的一再降低、親水性的增加)，然后由生物酶分解，再經(jīng)微生物體內(nèi)的新陳代謝而最終被分解成二氧化碳和水。彈性和柔軟性非常好的PLA具有很好的生物降解性。 PG(聚乙二醇)含有醚鍵，但其生物降解性稍差，隨著分子量的增加其生物降解性越差。 PA因分子鏈

中含有酰胺基團，PUR含有—N HCO O—基團，故它們具有一定的生物降解性，其生物降解性隨著主鏈中的亞甲基數(shù)量的增加而減小，生物降解機理與PG類似。

一般而言，生物降解性越好的塑料(或高聚物)其生產(chǎn)的工藝越難，生產(chǎn)的成本也會越高。所以，現(xiàn)在可降解塑料的生產(chǎn)很難形成規(guī)模，其生產(chǎn)工藝仍有待大力研究與開發(fā)。

3 結(jié)束語

能降解塑料的微生物所分泌的酶的催化作用(切斷某些化學(xué)鍵)具有專一性，也就是說，特定的酶作用于特定的物質(zhì)。微生物不同，它所分泌的酶也不同。這也決定了合成高聚物(如塑料)難以被微生物降解的主要原因。同時，酶的活性受環(huán)境的溫度、PH值以及紫外線等因素的影響。越有利于微生物生長的環(huán)境，可分泌降解塑料的酶的微生物越多，高聚物的生物降解的速度越快。有關(guān)一些可生物降解聚合物及與之對應(yīng)的微生物分解菌(或酶)的情況請參閱下表。

Plastic and biodegradation

Sun Shujing

with the improvement of people's living standards, people consume more natural resources and energy, and more and more waste is produced..These massive waste has brought tremendous pressure to the society.Such as polymer materials, especially disposable plastic bags, packaging, light, bulky, and corrosion-resistant, hard to recover.In order to solve the problem of plastic waste disposal, it is a feasible method to develop degradable plastics actively.

plastic； waste； biodegradation；

高聚物 數(shù)均分子量 微生物（或酶）聚乙烯醇 20000～90000 各種細菌聚苯乙烯 ～400 產(chǎn)堿菌聚乙烯 ～5000 細菌聚氨酯 1000～8000 各種霉菌聚-L-谷氨酸 4000～100000 蛋白酶聚-L-賴氨酸 75000～200000 蛋白酶尼龍-6 n≤6 桔黃棒狀桿菌聚乙烯乙二醇 400～20000 各種細菌聚丙烯乙二醇 ～4000 各種細菌聚β-甲基β丙內(nèi)酯 ～3000 產(chǎn)堿桿菌 霉菌聚已內(nèi)酯 25000 霉菌聚乙烯已二酸酯 850～3000 霉菌 脂酶