可降解材料

按降解的外因因素來分，可分為：

1.光降解材料：由於太陽光的作用而降解；

2.生物降解材料：由於真菌、細菌等自然界微生物的呼吸作用或化能合成而降解，最終分解為二氧化碳和水；

3.環境降解材料：在光、熱、水、污染化合物、微生物、昆蟲、機械力等自然環境條件作用下降解。

聚乳酸（PLA）又稱聚丙交酯，是以微生物發酵產物乳酸為單體化學合成的。使用后可自動降解，不會污染環境。

聚乳酸可以被加工成力學性能優異的纖維和薄膜，其強度大體與尼龍纖維和聚酯纖維相當。聚乳酸在生物體內可被水解成乳酸和乙酸，並經酶代謝為CO2和H2O，故可作為醫用材料。日本、美國已經利用聚乳酸塑料加工成手術縫合線、人造骨、人造皮膚。聚乳酸還被用於生產包裝容器、農用地膜、纖維型運動服和被褥等。

含澱粉在90%以上，添加的其他組份也是能完全降解的，目前已有日本住友商事公司、美國Wamer-Lamber公司、義大利Ferrizz公司等宣稱研究成功含澱粉量在90%～100%的全澱粉塑料，在(1月～1年)完全生物降解而不留任何痕迹，無污染，可用於製造各種容器、瓶罐、薄膜和垃圾袋等。

全澱粉塑料的生產原理是使澱粉分子變構而無序化，形成了具有熱塑性能的澱粉樹脂，因此又稱為熱塑性澱粉塑料。其成型加工可沿用傳統的塑料加工設備。

以澱粉為原料開發生物降解塑料的潛在優勢在於：澱粉在各種環境中都具備完全的生物降解能力；塑料中的澱粉分子降解或灰化后，形成二氧化碳氣體，不對土壤或空氣產生毒害；採取適當的工藝使澱粉熱塑性化后可達到用於製造塑料材料的機械性能；澱粉是可再生資源，取之不絕，開拓澱粉的利用有利於農村經濟發展。

需要說明的是，我國目前生產的澱粉塑料絕大多數為填充型澱粉塑料，即在非生物降解的高分子材料中添加一定比例的澱粉，通過澱粉的生物降解而致使整個材料物理性能崩潰，促使大量端基暴露以致氧化降解，但這種“崩潰”后的剩餘部分中的PE、PVC等均不可能降解而一直殘留於土壤中，日積月累當然會造成污染，因此國外將此類產品歸屬為淘汰型。

光降解塑料是指在光的作用下能發生降解的塑料。

1.光降解塑料舉例

按製造方法可將光降解塑料分成合成型降解塑料和添加型降解塑料。

（1）、合成型降解塑料

a、乙烯/一氧化碳共聚物（E/CO）

光降解以主鏈斷裂為特徵。E/CO的光降解速度和程度與鏈所含的酮基的量有關，含量越高，降解速度越快，程度也越大。美國德克薩斯州的科學家曾對E/CO進行過戶外曝晒實驗，在陽光充足的六月，E/CO最快只需幾天便可降解。

b、乙烯基類/乙烯基酮類共聚物（Ecolyte）

Ecolyte分子側鏈上的酮基在自然光的作用下可發生分解。Ecolyte的光降解性能優於E/CO，但成本也較高。

這類聚合物的缺點是一旦見光就開始發生降解，幾乎沒有誘導期，需要加入抗氧劑以達到調節誘導期的目的。

（2）添加型光降解塑料

添加型光降解塑料是在聚合物中添加少量光敏劑，在低濃度時是光氧化降解催化劑，經日光（紫外光）輻照而發生反應，使聚烯烴高分子斷裂。

在PE、PP等聚合物中添加酮類、胺類等光敏劑都可取得較好的光降解性。

添加型光降解塑料成本低，生產工藝簡單，做覆蓋地膜使用效果較好。但其降解特性是曝光面降解比較徹底，埋在土壤里的部分則降解較差。這類光降解塑料的降解誘導期可控制在二個月以上。但降解時間可控性較差。

影響材料降解性能的因素很多，具體有如下幾種：

pH值對高分子材料降解的影響

Mader等認為pH值的變化對共聚物鏈的水解速率有很大的影響，但是降解的速率在生物體內的不同部位沒有很大的差異。共聚物的降解可形成一個酸性的微環境，促使共聚物進行自催化，從而導致其降解的加

溫度對高分子材料降解的影響

在實驗中很少能看出材料的降解與溫度有什麼樣的關係，這是由於體外的實驗常是模擬體溫進行的，而人體體溫也變化不大。但是，在體外實驗過程中，有時為了實驗的需要，可以適當升溫，以縮短實驗周期。但是在加速降解過程中溫度不可太高也不可太低，因為聚合物在溫度過高時會發生副反應；溫度過低時，達不到加速降解的目的。所以，為避免溫度和空氣流動對可降解材料造成影響，可降解材料都保存在低溫密封環境中

分子量對高分子材料降解的影響

Wu等人認為材料的水解速度受到共聚物的分子量及分佈的影響變化顯著。這主要是因為每個酯鍵都可能被水解，而分子鏈上的酯鍵水解是無規則的，當聚合物分子鏈越長時，它能夠發生水解的部位越多，那麼降解越快越快。

材料結構對高分子材料降解的影響

酸酐和原酸酯易水解。Li等認為，由於梳狀共聚物的質量和分子量降低快是由於骨架具有極性，有利於酯鍵的斷裂。所以梳狀分子共聚物的降解速度比線狀分子大。

單體的組成比例對高分子材料降解的影響

材料的降解行為於材料的物理性質和化學性質有關，聚合物的極性、分子量及其分佈等都影響著材料降解性能。Wu等經研究后認為共聚物的降解與共聚物的分子量、結晶度等有很大的關係。如乙交酯和丙交酯共聚物結晶度低於兩單體各自的均聚物的結晶度。

乙醇酸比乳酸親水好，因此，含乙交酯多的PGLA共聚物親水性較富含丙交酯多的PGLA共聚物親水性要好，從而降解速度快。親水性聚合物吸水量大，材料內部分子能夠與水分子充分接觸，降解速率快。反之，疏水性聚合物材料內部分子與水分子接觸少，降解速率慢。

酶解作用對高分子材料降解的影響

在生物體內有很多反應會導致聚合物的降解，這些反應包括體液內的氧化作用、化學水解和酶促反應。Hollalld等認為：在早期玻璃態，酶難以參與降解作用，但是酶解是影響處於橡膠態的共聚物的主要因素。

聚合物親/疏水性對高分子材料降解的影響

親水性的聚合物可吸收大量水分，降解速率加快；疏水性聚合物吸水量少，降解速度慢。尤其是含有羥基、羧基的高分子比較容易降解。