通讯！原创科普文章：生物可降解塑料

2022-08-11 17:48:35 来源：科普中国

（何冠超）20世纪和21世纪又被称为塑料时代，塑料充斥着我们的生活，产生巨大的影响力。我们用塑料键盘上网，用塑料牙刷清洁牙齿，用塑料包装喝水、吃东西。事实上，让我们一天不遇到某种塑料是不可能的。据报道，所有塑料中有14%被回收，但实际上只有2%是真正循环的。

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自1950年以来，每年几乎有三分之一塑料制品进入大自然，污染着海洋、空气和生物体。就拿海洋来说，塑料已经布满世界的海沟最深处，从目前塑料污染分布的广泛程度上看，地球上已经不存在还未受过塑料污染的海洋生态系统。而在海洋中，大块的塑料垃圾破碎成小块的塑料乃至塑料微粒，这些塑料微粒肉眼一般不可见，它们与海水搅和在一起，并且扩散到更大范围的海域当中。你可能觉得这是好事，毕竟看不到，但其实小颗粒对环境的破坏作用更大，因为鸟类和鱼类会把细小的颗粒当作食物吃掉，会有一定的概率在体内积累。世界自然基金会此前的调查数据显示，超过270种动物一生被塑料废弃物纠缠，目前已经发现了超过240种动物吞下塑料废物，这些人类的废弃物可以轻易地堵塞动物的消化道，杀死小如海鸟，大如鲸鱼的生命体，而这种情况还将伴随着人类使用塑料数量的增加而加剧。

毫无疑问，传统的塑料制品即将面临空前的危机，然而我们的生活又对方便低廉的塑料制品有着巨大的需求。因此，“生物可降解”塑料的机会来了！生物降解塑料，这是一种全部或部分来源于生物质的塑料，它可以被微生物、细菌或其他物质，分解为对大自然无害的水、二氧化碳或者甲烷等物质，而生物降解性则很大程度上取决于环境条件，诸如温度、微生物、氧气和水。

一、把塑料“消化”掉

法国科学家设计了一种酶，可以有效分解最常见的一种聚酯塑料（即聚对苯二甲酸乙二酯），当暴露在高温和水中时，它会在几周内分解，以减少塑料污染。

那么这种塑料的工作原理是怎样的呢？科学家们将一种特殊聚合物，称为聚酯消化酶，嵌入到传统的聚酯塑料中。我们知道高分子材料内部分子具有两种形式：紧密堆积的结晶形式，和比较松散的无定型形式。然而，对于紧密堆积的结晶形式聚酯分子，即使最有效的酶也难以消化。幸运的是，研究人员发现可以通过加热的方法，诱使某些结晶的聚酯分子熔化成无序的形式，从而使整个聚酯塑料得以消化。

当这种包埋了聚酯消化酶的特殊塑料暴露在高温和水中时，会缓慢释放出聚酯消化酶，这样聚酯塑料就被酶几乎完全“消化”为乳酸小分子，这种乳酸小分子对环境无害，还可用于丰富土壤，而聚酯消化酶也会在紫外线辐射下分解。研究人员表示，这种特殊塑料不会产生任何塑料微粒，而且几乎百分之百的塑料会降解为小分子。

二、遇水“消失”的塑料袋

近年来，华南理工大学高级工程师崔跃飞团队历时15年攻关完成的一项“水溶性”塑料袋技术火爆网络。

聚乙烯醇是制造塑料袋的主要材料，按照传统的塑料加工，必须要把材料加热到其玻璃化转变温度（220℃）以上才能使聚乙烯醇分子“流动”起来，从而进行后续的定型工艺。不幸的事，当温度高于190℃时，聚乙烯醇分子会大量交联，从而使得制成的塑料制品难以降解。

“怎么能实现给聚乙烯醇材料加热不到180℃就能使得其内部的分子链流动起来，再进行后续加工呢？”为了解决这一问题，崔跃飞团队想通过加入一些其他的分子进去，从而调节聚乙烯醇材料内部的本征属性。最终他们为聚乙烯醇材料找到了几个合适的“伙伴”。然而虽然成功制备了水溶性的塑料袋，但是由于“伙伴”的毒性，使得这一技术饱受质疑。在经过500多种原料的尝试后，崔跃飞团队终于为聚乙烯醇材料找到了最终的“伴侣”彻底制备了完全“水溶性”的廉价塑料袋，其水溶后产物对环境完全无毒无害。

三、蜡基可降解塑料

邓恩是一家公司的首席执行官，该公司是一家新型可生物降解塑料的初创公司。邓恩认为要实现可生物降解塑料，必须要解决两大问题。第一个是如何破坏塑料结构中的结晶部分，这很重要，因为如果不这样做的话，就等同于微塑料；第二个是如何使得一些细菌、微生物对塑料产生吸引力，一旦产生了吸引力，细菌、微生物就会更乐于攻击塑料、吸收塑料，从而获得饱腹感。

该公司聚焦于聚烯烃材料，在聚烯烃塑料的生产过程中，该公司使用了一种商业敏感的添加剂，其中包含大约十几种不同的成分，包括油、橡胶等。由于引入了这款新型的材料添加剂，在光和湿气的存在下，它会破坏聚烯烃塑料的结晶体，并且将其分解成蜡状的短链分子，这些短链分子含有羰基功能团。微生物非常钟爱这种羰基功能团，并将其识别为食物来源。因此会附着在这些功能团上，将蜡状的短链分子转化为食物、二氧化碳和水，不会留下微塑料。他们还进一步确认了这款材料对于海洋、空气及生命体没有任何毒害副作用。

目前，生物可降解塑料还处于萌芽阶段，距离取代传统塑料还有很长的一段距离。然而，随着未来政策、创新、资本对于生物降解塑料的推动，彻底解决塑料污染只是时间问题。而对于我们来说，在保证生活质量的前提下，尽量减少塑料制品的使用，其实就是对解决塑料污染最大的贡献。

关键词：聚乙烯醇生物降解可降解塑料