塑料与生物降解

孙书静

塑料与生物降解

孙书静

随着人民生活水平的提高，人们消耗的自然资源与能量越来越多，生产的废弃物也越来越多。这些大量的废弃物给社会带来了巨大的压力。如高分子材料，尤其是一次性的塑料包.装制品，质轻、体积大，又耐腐蚀、难回收。为了解决塑料废弃物的处理问题，积极开发可环境降解的塑料是一种可行的办法。

塑料；废弃物；生物降解；

1 前言

降解塑料是指其制品在保质期内能满足使用要求，而使用后能为环境所降解(意为高分子材料在环境中的光、热以及微生物的作用下而由大分子变为小分子，然后能被环境所吸收)的塑料。塑料的降解包含化学降解、生物降解及光降解，这三种降解相互间具有增效的作用。本文重点介绍生物降解塑料。

2 生物降解塑料

生物降解塑料是一类在自然环境条件下能被微生物所分解的塑料。

塑料生物降解的实质其实就是微生物所分泌的酶的作用的结果。生物酶能切断高分子链中的某些化学键，使长分子链变短，然后由微生物所吸收，再经体内新陈代谢，高聚物最终被变为二氧化碳与水。到目前为止，所知能被微生物分泌的酶所切断的化学键包含酯键、苷键(或醚键)以及肽键(或酰胺基团)，酶为水解酶(所以不具亲水性的合成高分子化合物不能被微生物所分解)。

天然高分子纤维素、淀粉以及脱乙酰甲壳质等都含有α—1，4苷键，所以它们能被分泌催化(切断苷键)此聚合物分解的酶的微生物所降解。其中淀粉须略加注意，淀粉分为直链和支链淀粉两种，直链淀粉中因只含有α—1，4苷键，分子内易形成氢键。因此，在自然环境中，直链淀粉分子通常是卷曲成团的。由于这种结构比较紧密，不利于水分子的接触，故直链淀粉不溶于水。尽管如此，它还是能被淀粉酶分解成麦芽糖。支链淀粉不仅含有α—1，4苷键，而且还含有α—1，6苷键，是一种带有许多支链的线形高分子化合物，由于分子中支链较多，容易与水分子接触，能溶于水，所以此种淀粉易被环境分解。含有此类天然高分子成分的塑料易被环境所降解。

含有酯键、肽键和醚键的合成高分子，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—己内酯)和PLA(聚乳酸)的长分子链中都含有酯键，其中能分解PCL的微生物广泛分布于喜氧或厌氧的各种环境中，作为生物可降解塑料已于上世纪七十年代就得到了开发。PLA在自然环境条件下，首先因水的作用开始化学水解(伴随分子量的一再降低、亲水性的增加)，然后由生物酶分解，再经微生物体内的新陈代谢而最终被分解成二氧化碳和水。弹性和柔软性非常好的PLA具有很好的生物降解性。 PG(聚乙二醇)含有醚键，但其生物降解性稍差，随着分子量的增加其生物降解性越差。 PA因分子链

中含有酰胺基团，PUR含有—N HCO O—基团，故它们具有一定的生物降解性，其生物降解性随着主链中的亚甲基数量的增加而减小，生物降解机理与PG类似。

一般而言，生物降解性越好的塑料(或高聚物)其生产的工艺越难，生产的成本也会越高。所以，现在可降解塑料的生产很难形成规模，其生产工艺仍有待大力研究与开发。

3 结束语

能降解塑料的微生物所分泌的酶的催化作用(切断某些化学键)具有专一性，也就是说，特定的酶作用于特定的物质。微生物不同，它所分泌的酶也不同。这也决定了合成高聚物(如塑料)难以被微生物降解的主要原因。同时，酶的活性受环境的温度、PH值以及紫外线等因素的影响。越有利于微生物生长的环境，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。有关一些可生物降解聚合物及与之对应的微生物分解菌(或酶)的情况请参阅下表。

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 数均分子量 微生物（或酶）聚乙烯醇 20000～90000 各种细菌聚苯乙烯 ～400 产碱菌聚乙烯 ～5000 细菌聚氨酯 1000～8000 各种霉菌聚-L-谷氨酸 4000～100000 蛋白酶聚-L-赖氨酸 75000～200000 蛋白酶尼龙-6 n≤6 桔黄棒状杆菌聚乙烯乙二醇 400～20000 各种细菌聚丙烯乙二醇 ～4000 各种细菌聚β-甲基β丙内酯 ～3000 产碱杆菌 霉菌聚已内酯 25000 霉菌聚乙烯已二酸酯 850～3000 霉菌 脂酶