光降解型塑料包裝材料現狀與發展
半個多世紀以來，塑料工業技術迅猛發展，其用途已滲透到工業、農業以及人民生活的各個領域，并與鋼鐵、木材、水泥并列成為國民經濟的四大支柱材料。但塑料使用后隨之會帶來大量的固體廢棄物，尤其是塑料制品，如食品包裝袋、飲料瓶、農用薄膜等的廣泛使用，嚴重污染人類的生存環境，成為世界性的公害。有資料表明，城市固體廢棄物中塑料的質量百分比已達10%以上，體積百分比則在30%左右，而其中大部分是一次性塑料包裝及日用品廢棄物，它們對環境的污染、對生態平衡的破壞已引起了社會極大的關注。因此，解決這個問題已成為保護環境的當務之急。
一般來講，塑料除了熱降解以外，在自然環境中的光降解和生物降解的速度都比較慢，用Cl4同位素跟蹤塑料在土壤中的降解，結果表明，塑料的降解速度隨著環境條件(降雨量、透氣性、溫度等)的不同而有所差異，但總的而言，降解速度是非常緩慢的，通常認為需要200年～400年。為了解決這個問題，工業發達國家采用過掩埋、焚燒和回收利用等方法來處理廢棄塑料，但是，這幾種方法都存在無法克服的缺陷。進行填埋處理時占地多，且使填埋地不穩定。當進行焚燒處理時，因其發出熱量大，易損壞焚燒爐，并排出二惡英，有時還可能排放出其他有害氣體。而對于回收利用，往往難以收集或即使強制收集進行回收利用，經濟效益很差甚至無經濟效益。因而越來越多的學者提倡開發和應用降解塑料，并將它看作是解決這一世界難題的理想途徑。目前，世界發達國家積極發展降解塑料，美國、日本、德國等發達國家都先后制定了限用或禁用非降解塑料的法規。
1 降解塑料
降解塑料是指一類其制品的各項性能可滿足使用要求，在保存期內性能不變，而使用后在自然環境條件下，能降解成為對環境無害的物質的塑料。降解塑料按其降解機理分為生物降解塑料、光降解塑料和環境降解塑料。21世紀是保護地球環境的時代，是資源、能源更趨緊張的年代，為治理那些量大、分散、臟亂、難以收集或印使強制收集進行回收利用，經濟效益甚差或無效益的一次性塑料廢棄物，不僅對生態環境造成污染，同時也是對資源、能源的一種極大浪費。降解塑料能減少白色污染，有顯著的經濟效益和社會效益，為此高效的降解塑料的研究開發已成為塑料工業界、包裝工業界以及環保界的重要發展戰略，而且成為全球矚目的研究開發熱點。同時，隨著人們對可降解材料認識的提高以及環保意識的不斷加強，這類材料將有著極其廣闊的前景。
2 光降解機理
光降解是指在日光照射下，光降解塑料吸收紫外線等輻射能后發生光引發作用，使鍵能減弱，長鏈分裂成較低分子量的碎片，聚合物的完整性受到破壞，物理性能下降。較低分子量的碎片在空氣中進一步發生氧化作用，產生自由基斷鏈反應，降解成為能被生物分解的低分子量化合物，最后被徹底氧化為C02和H20。整個降解過程是由光降解和自由基斷鏈氧化反應相結合的Norrish反應。
3 光降解影響因素
影響塑料光降解的主要因素包括：
1.塑料分子結構。光降解塑料的分子結構是光降解的主要影響因素。
2.光敏劑。添加光敏劑可促進光降解。光敏劑在初期能延續其光化學反應。經誘導期后，被光激發可以將其激發態能量轉移給聚合物(塑料)，加速其光化學反應，使塑料發生降解和氧化。常用的光敏劑有乙酰丙酮金屬化合物、二硫代氨基甲酸金屬化合物、二茂鐵、硬脂酸鹽和肪鹽等。
3.光波長。根據光量子理論，光波長越短，光量子所具有的能量越大，在290μm～400μm范圍的紫外光所具有的光能量一般高于引起塑料高分子鏈上各種化學鍵斷裂所需要的能量。但是各種高分子結構對光波波長的敏感性各有不同。如果所吸收的波長不是某種高分子的敏感波長，其光降解作用就很小。所以，紫外光的波長必須與塑料高分子斷裂的敏感波長相匹配。
4.大氣條件。大氣中的氧、熱、濕度會加速光降解。若升高溫度，高分子熱運動加劇，大分子碰撞次數增多，有利于與氧接觸發生光氧化反應。
4 光降解塑料開發現狀
降解塑料的研究開發始于上世紀70年代，80年代經歷了較大的起伏，上世紀90年代是進入了比較求實和穩定的發展階段。從技術、經濟、性能總體而言，當前光降解塑料的研究開發已比較成熟，正逐步推向實用化階段。
近年來，可光降解塑料重點集中在聚烯烴，因為此類材料使用廣泛且易于光降解。根據制品線不同，光降解塑料可分為共聚型光降解塑料和添加型光降解塑料。
1.共聚型光降解塑料
將適當的光敏感基團(如一CH=O)通過共聚的方式引入聚合物材料的分子結構中，從而賦予高分子材料光降解的特性。
目前，合成的光降解聚合物，主要是烯烴和一氧化碳或烯酮類單體的共聚物。這樣，就能夠得到含有羰基結構并可以發生光降解的PE、PP、PVC、PET、PA等。
最近，美國和加拿大合作開發的Ecolyte是丙烯、氯乙烯、苯乙烯和乙烯基酮的共聚物，據稱不僅可以使PP、PVC、PS等塑料具有光降解性，并且可以通過調節乙烯基酮的含量來控制光降解的時間。
羰基化聚合物的主要缺點是一旦在光的作用下就發生降解，沒有誘導期，使用時必須加入適當的穩定劑，以控制光降解過程。
2.添加型光降解塑料
把含有發光基團的光敏化物質或光分解劑混入聚合物材料中，如金屬氧化物、鹽、有機金屬化合物、多核芳香化合物、羰基化合物等，由這些物質吸收光能后(主要是紫外線)產生自由基，或者將激發態能量傳遞給聚合物材料使其產生自由基，然后促使高分子材料發生氧化反應，達到劣化的目的。通過添加各種光敏劑或光分解劑來促使聚合物材料加快光降解。光降解添加劑主要有下述幾種：(1)羰基甲基酮類；(2)金屬化合物；(3)含有芳烴環結構的物質；(4)過氧化物；(5)鹵化物；(6)顏料等添加劑。添加型光降解塑料的缺點是：這些低分子物質由于擴散會從聚合物表面析出，并有向與聚合物接觸的物質遷移的傾向，會降低分解效果。若添加劑對人體有害，則不適于包裝食品或制造容器。
5 光降解塑料的應用
降解塑料是為環境保護而發展起來的新興材料，它主要用于代替不易降解的傳統塑料，消除白色污染源，可廣泛應用于大量使用的一次性包裝制品、衛生用品、農用制品，如購物袋、垃圾袋、餐具、尿布、農用地膜等。目前，光降解塑料在技術上比較成熟。
6 降解塑料存在的問題和發展方向
近年來，國內外可降解塑料得到了很快的發展。尤其是一次性使用塑料制品，如食品包裝袋、飲料瓶、農用薄膜等可降解塑料在市場中已實現了工業化生產。就長遠來看，可降解塑料的發展具有其必然的趨勢。但是，目前可降解塑料的開發和應用還存在以下的一些問題：
(1)市場應用。由于生產可降解塑料的成本偏高，造成價格偏高，這樣就給可降解塑料的推廣造成了很大的影響。同時，一次性紙制品的迅速崛起也給可降解塑料帶來很大的沖擊。
(2)降解技術尚不成熟。目前，很多光降解塑料都是在塑料中添加光分解劑或者光敏劑，而這些添加劑對塑料的降解效果受地理環境和氣候的影響很大，這樣就很難做到準確控制降解時間。同時，埋地部分和進入垃圾填埋系統部分也很難得到降解。
(3)降解塑料的標準及試驗評價方法。對于降解塑料，世界上尚沒有統一的定義、試驗評價方法、識別標志和產品檢測技術，致使缺乏正確統一的認識和確切的評價，產品市場比較混亂，真假難辯。
為使降解塑料技術在已取得較大成就的基礎上有更大的發展，從發展趨勢看，有以下幾個方面的問題值得在今后進行深入地探討和研究：
(1)積極開發各種添加劑，如光分解劑、光敏化劑、生物誘發劑、穩定劑等，降低這些添加劑的生產成本，提高可控性；同時，通過研究不同添加劑的優化組合、協同效應提高降解效果。對于光降解塑料而言，其發展方向應該是，在兼顧使用穩定性的同時，盡可能的提高其光降解效率。
(2)通過分子設計研究和精細分子合成技術，不斷改進配方，開發準時可控降解塑料。
(3)利用纖維素、淀粉、甲殼素等天然高分子材料制取生物降解塑料，進一步開發改良天然高分子的功能與技術。
(4)將塑料工業與細菌學有效的結合起來，培養能生產高分子塑
料的微生物，發現新的高分子，或者通過研究培養出可以分解廣泛使用塑料的微生物。尋找并解析其合成機理，同時通過現有方法及基因工程的手段提高其生產性，研究高效的培養微生物的方法。同時十分重視培育可生產聚酯的生物性植物等，以降低生物降解塑料的成本，有利于市場推廣。
(5)可降解塑料改性也是一個重要方面。通過淀粉或纖維素等可降解的高聚物對通用型聚合物進行共混改性或接枝改性，可制備一種光／生物共降解塑料薄膜。
(6)為有利于一次性塑料廢棄物的處理，同時保證豐富的原料來源，以天然高分子、微生物合成高分子和具生物降解性的合成高分子為原料的完全生物降解塑料愈來愈受到重視，但為了克服其價格昂貴、用途受限的缺點，加速研制生物降解塑料或普通塑料與淀粉、纖維素或無機材料填充共混或合金化技術，以及完全生物降解塑料與天然材料涂覆層合技術更成為熱點中的熱點。
(7)光／生物降解塑料具有光降解和生物降解雙重特性，克服了無光或光照不足的不易降解、降解不徹底以及降解時間長等缺陷，同時還克服了生物降解塑料加工復雜、成本太高不易推廣的弊端。
(8)為加速降解塑料的發展，規范降解塑料的產品市場，各國正致力于加速研究和建立統一的降解塑料的標準及試驗評價方法。
降解塑料的發展不僅對于環保具有重大的意義，同時對于日益枯竭的石油資源也是一個補充。通過各種天然的可再生資源的利用，降解塑料不僅擴大了塑料的功能，同時也符合可持續發展戰略。
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