
前面有答主提到塑料的稳定性和降解性是对立的,在某种程度上确实是这样的,但这并不意味着就与技术无关或者技术水平已经足够——
对于应用在不同场合的高分子材料,我们有着不同的需求,确实有一部分塑料我们需要它高强高模高韧,但是生物可降解是另一个非常有价值的需求,比如一次性的餐盒水杯,你会需要它能多坚硬能砸开核桃吗?它只要能正常使用一次就行了,使用过后我们就希望它能快速降解,避免造成污染。据统计表明,所有塑料制品中,有四成左右都是一次性使用的,可见生物降解并不是一个小众的需求,而是一个非常大的需求。
另外我看见有答主说到,可降解的塑料连微生物都能分解它,性能一定都很差,这恰恰就是目前技术和认知的不足造成的。生物降解过程中起到作用的往往是微生物或者酶的作用,它们有针对性地作用在聚合物分子链的一些脆弱的化学键上,让其断裂,最终形成小分子。
但这绝不意味着能生物降解的材料性能就一定差,即使是受认可能快速降解的塑料,其降解过程也往往比较缓慢,一般在堆肥条件下也需要数月,仅仅只是和不可降解塑料的几百万年相比非常快而已,而材料的使用环境中可并没有这类微生物或者酶,并且远没有达到堆肥条件的温度和湿度,因此在正常使用过程中基本也不会发生显著的降解,各方面的性能是可以得到保证的。
不过话说回来,降解性与力学性能的矛盾确实是存在的。所有聚合物的化学键中,最容易断裂的就是酯键,而分子链中的芳香结构往往又会增大酯键的位阻,使得酯键变得更稳定不易断裂,比如PET就非常不容易降解。这也是为什么,目前公认的可降解塑料基本都是一些脂肪族的聚酯,比如聚乳酸(PLA),聚己内酯(PCL),聚羟基脂肪酸(PHAs),哪怕是含有芳香结构的可降解材料PBAT,在含有苯环的对苯二甲酸含量超过50%的时候就不再降解了。因此这些众多的可降解塑料都有一个共同的问题,就是缺乏芳香环的刚性结构,直接导致他们力学性能都不咋地。只要碳链短一点的,都很脆,碳链长一点的,又都软塌塌的,没什么强度。
正因为如此,这就引出了目前可降解塑料研究中最重要的方向,可降解塑料的改性。
举个最简单的例子,聚乳酸(PLA)是目前产量最大的生物降解塑料,但是纯的聚乳酸熔体强度非常低,加工困难,并且结晶速度很快,制品非常脆,限制了它的应用,那么针对聚乳酸的改性就是一个历史非常悠久的课题。感兴趣的可以去了解一下中科院长春应化所陈学思院士的相关研究。
仅以我肤浅的认识,目前生物可降解塑料领域,还非常不成熟,有大量的工作需要去完成。比如说实现在一些苛刻条件下的降解(如海水降解,冻土中的低温降解),又比如对一些可降解塑料的改性,增强增韧提高加工性能等等,再比如上游丙交酯,呋喃二甲酸等单体制备工艺,聚合物的聚合工艺等等(最近聚乳酸的产能就完全不够,供不应求),甚至是关于可降解塑料的相关法律法规,目前都是极不完善的。
