在全球石油資源供給日趨緊張、以石油為原料的合成塑料所引發(fā)的環(huán)保問(wèn)題日益突出的情況下，世界范圍內形成了一股研究生物降解塑料的熱潮。這一新型材料的應用領(lǐng)域廣泛，其中在包裝及醫療制品行業(yè)中的應用最受矚目。 

生產(chǎn)研發(fā)  

     據專(zhuān)家預測，在2010年前，世界生物降解塑料的市場(chǎng)需求將每年增加30%，到2010年生物降解塑料的市場(chǎng)規模將增加到130萬(wàn)噸，生產(chǎn)能力將達到100萬(wàn)噸。當前，生產(chǎn)降解塑料的國家主要有美國、德國、意大利、加拿大、日本、中國等。  

     美國是開(kāi)發(fā)降解塑料的主要國家之一。目前設有開(kāi)發(fā)機構和生產(chǎn)企業(yè)十幾家，包括塑料降解研究聯(lián)合體（PDRC）、生物/環(huán)境降解塑料研究會(huì )（BEOPS）等。其中Gargill    

     Dow公司是世界上生物降解塑料產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)規模最大的公司，主要生產(chǎn)聚乳酸系列的生物降解塑料，現已建成14萬(wàn)噸/年規模的生產(chǎn)能力。該公司宣布在未來(lái)兩年內，將投資30億美元進(jìn)行聚乳酸和聚交酯的大規模產(chǎn)業(yè)化。  
 

    德國的巴斯夫公司正成為歐洲生物降解塑料市場(chǎng)的新龍頭。該公司推出商品名為Ecoflex的生物降解塑料，產(chǎn)業(yè)化能力為3萬(wàn)噸/年，并計劃于2005年后在法國、北美和亞洲開(kāi)設更多的新工廠(chǎng)，其產(chǎn)業(yè)化目標之一是在兩年內將產(chǎn)品成本降到與普通塑料一樣。  

    意大利是世界上最早進(jìn)行生物降解塑料產(chǎn)業(yè)化的國家之一，有多家研究機構。生產(chǎn)企業(yè)中最著(zhù)名的Novamont公司在國際市場(chǎng)占重要地位，主要生產(chǎn)淀粉系列的生物降解塑料，可應用于多個(gè)領(lǐng)域。  

    中國開(kāi)發(fā)機構和生產(chǎn)企業(yè)對于降解塑料的研制開(kāi)發(fā)也日漸活躍，并部分進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn)。研究單位包括蘇州大學(xué)材料工程學(xué)院、上海復旦大學(xué)環(huán)境科技公司、中科院微生物所、汕頭市聯(lián)億生物工程公司等。 

主要品種  

    運用生物化工技術(shù)，國內外生產(chǎn)生物降解塑料的技術(shù)已經(jīng)趨向成熟，推出了多種完全生物降解的塑料產(chǎn)品，包括聚羥基脂肪酸酯、聚乳酸、全淀粉塑料及大豆蛋白塑料等。其中，聚乳酸與聚羥基脂肪酸酯是目前發(fā)展較快、應用漸趨成熟的兩種。 

聚羥基脂肪酸酯（PHA）  

    PHA采用微生物發(fā)酵技術(shù)，將玉米之類(lèi)的農產(chǎn)品原料轉化為生物可降解塑料。由于具有生物可降解性、生物相容性、壓電性等許多優(yōu)良性能，這種塑料在眾多領(lǐng)域如生物降解性包裝材料、組織工程材料以及電學(xué)材料等方面得到廣泛應用。  

    中國在PHA研究方面介入較早，總體接近世界水平。目前此類(lèi)高分子合成材料已有100馀種。但是，對PHA微生物合成的工藝改進(jìn)卻遠遠落后于PHA新材料的開(kāi)發(fā)。真正實(shí)現大量生產(chǎn)的PHA只有PHB、PHBV和PHBHHx，還有100多種沒(méi)有實(shí)現批量生產(chǎn)，限制了其應用開(kāi)發(fā)。另一方面，與PHA合成有關(guān)的基因越來(lái)越多地被克隆出來(lái)，通過(guò)對這些基因的分子進(jìn)化誘變和基因的交換，將有可能得到高產(chǎn)的菌種和新的PHA。  

    采用PHA加工而成的高分子塑料，能被數種水生細菌逐漸降解成二氧化碳、水等小分子物質(zhì)。但是，最近俄羅斯專(zhuān)家發(fā)現，氣溫異常升高等天氣因素會(huì )大大降低這種塑料的生物降解速度。當春季氣溫升高，水域溫度達到13.4攝氏度時(shí)，水中的藍藻綱植物便會(huì )大量滋生，給降解細菌的生活環(huán)境帶來(lái)不利影響，使其降解聚羥基脂肪酸酯的速度降低97.5%。 

聚乳酸  

    聚乳酸生產(chǎn)是以乳酸為原料。傳統的乳酸發(fā)酵大多用淀粉質(zhì)原料。目前美、法、日等國家已開(kāi)發(fā)利用玉米、甘蔗、甜菜、土豆等農副產(chǎn)品為原料發(fā)酵生產(chǎn)乳酸，進(jìn)而生產(chǎn)聚乳酸。  

    玉米是生物降解塑料的首選原料。制造生物降解塑料的工藝過(guò)程如下：首先把玉米磨成粉，分離出淀粉，再從淀粉中提取出原始的葡萄糖，最后用類(lèi)似啤酒的發(fā)酵工藝將葡萄糖轉化成乳酸，再把提取出來(lái)的乳酸制成最終的聚合物——聚乳酸。  

     聚乳酸有良好的防潮、耐油脂和密閉性，在常溫下性能穩定，但在溫度高于55℃或富氧及微生物的作用下會(huì )自動(dòng)降解。使用后它能被自然界中微生物完全降解，最終生成二氧化碳和水，不污染環(huán)境，這對保護環(huán)境非常有利。聚乳酸的降解分成兩個(gè)階段：首先是純化學(xué)水解成乳酸單體，然后乳酸單體在微生物的作用下降解成二氧化碳和水。聚乳酸制成的食品杯只需60天就可以完全降解，真正達到生態(tài)和經(jīng)濟雙重效應。 

應用市場(chǎng)  

    中國降解塑料的研究開(kāi)發(fā)始于農用地膜。但是，相對于地膜，包裝市場(chǎng)的潛力更大，更為業(yè)者所看好。而被稱(chēng)為“智能生物材料”的降解塑料應用于醫療行業(yè)，可創(chuàng )造巨大的利潤，因此也備受關(guān)注。 

包裝行業(yè)  

     一次性塑料包裝制品帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題日趨嚴重。為此，降解塑料正被積極開(kāi)發(fā)以用于包裝，主要是一次性包裝，如垃圾袋、購物袋和餐盒等。  

     聚乳酸具有優(yōu)于聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等熱塑性塑料的優(yōu)點(diǎn)，被產(chǎn)業(yè)界認定為最有發(fā)展前途的新型包裝材料之一。這種材料的機械性能和物理性能良好，適用于吹塑、吸塑等多種加工方法，可加工成薄膜、包裝袋、包裝盒、一次性快餐盒、飲料用瓶等等。  

     這些產(chǎn)品已成為多彩包裝市場(chǎng)的重要成員。例如，美國College  Farm牌糖果采用了以聚乳酸材料生產(chǎn)的包裝薄膜，這種薄膜結晶透明性良好，扭結保持性和可印刷性強，并且阻隔性較高，能很好保持糖果的香味；法國達諾內奶制品公司，也于去年制造出一種從甜菜中提取乳酸制成的酸奶盒和杯子，生產(chǎn)成本大幅度下降；又如丹麥Faerch塑膠公司，其新型聚乳酸制品適用于包裝各種低溫新鮮食品，包括各種面食、肉及沙拉等。  

     美國市場(chǎng)研究機構Grapentine公司的一項調查研究發(fā)現，41%的美國消費者和59%的歐洲消費者非�？释�購買(mǎi)以天然材料制成的可生物降解塑料包裝的食品。其中大約74%的美國消費者愿意多付10美分，而77%的歐洲消費者愿意為此多付5歐分。由此可以預見(jiàn)，在當前石油資源緊張和追求環(huán)保的狀況下，天然的可生物降解塑料前景誘人。 

醫療制品行業(yè)  

    除了作為包裝材料外，生物降解塑料由于具有良好的生物相容性和生物可降解性，在醫藥領(lǐng)域應用也非常廣泛。聚羥基脂肪酸酯和聚乳酸都已經(jīng)成為生物材料領(lǐng)域最為活躍的研究熱點(diǎn)，據稱(chēng)這些材料制造的醫療制品的利潤在100%-200%之間，甚至更高。  

    PHA在外科領(lǐng)域的典型應用是做生物材料，如手術(shù)試紙、繃帶及手術(shù)用手套的潤滑粉；也可做與血液相容的膜制品；還可用做血管移植物或脈管替代物以及骨裂固定盤(pán)等；另外，還可作為新型醫學(xué)材料如骨板、骨釘以及制作三維支架應用于組織工程。  

    在組織工程方面，與其它聚合物相比，PHA的性能可以適應范圍更廣的需要，例如可以通過(guò)多種處理手段在聚合物表面接連上各種生物活性因子，還可以改變表面和機械性能，聚合物的降解速率也可以通過(guò)一系列的方法來(lái)改變和控制。而且，由于現已有多種構造骨架的技術(shù)手段，以及PHA中聚合物材料多樣性的性質(zhì)，可以根據人體組織的性能特點(diǎn)，設計出所需的組織骨架。  

    聚乳酸在生物醫用材料中的應用也非常廣泛，可用于醫用縫合線(xiàn)、藥物控釋載體、骨科內固定材料和組織工程支架等。例如，聚乳酸可制成無(wú)毒并可進(jìn)行細胞附著(zhù)生長(cháng)的組織工程支架材料，其支架內部可形成供細胞生長(cháng)和運輸營(yíng)養的多孔結構，還可為支持和指導細胞生長(cháng)提供合適的機械強度和幾何形狀。其缺點(diǎn)是缺乏與細胞選擇性作用的能力。  

    聚乳酸具有優(yōu)良的生物相容性，無(wú)毒、可生物降解，降解產(chǎn)物不會(huì )在重要器官聚集；同時(shí)，聚乳酸及其共聚物具有良好的物理、化學(xué)性能。其強度、機械性能、降解速率等可通過(guò)分子量控制，共聚體的組成及配比可以方便的調節，而且生成的制品形狀包括微球、纖維、膜和模塑成品等。  

    當然，聚乳酸在實(shí)際應用過(guò)程中還存在一些困難，如聚乳酸及其共聚物體系制品的強度需進(jìn)一步提高，生產(chǎn)成本需進(jìn)一步下降，需解決植入后期反應和并發(fā)癥問(wèn)題等等。但是我們仍可預見(jiàn)，聚乳酸及其他可生物降解高分子材料在醫用方面將會(huì )有難以估量的應用前景。