齐艳杰，吴霞，周瑞，柳傲雪(昌吉学院化学与应用化学系，新疆 昌吉 831100)

1 淀粉基可降解塑料概述

1.1 淀粉基可降解塑料定义及分类

淀粉基塑料是将改性后的淀粉与其他不同化合物或者单体进行混合，在一定工业条件下，通过挤出或者铸塑等塑料加工、发泡形成的热塑性塑料。依据生产原料和加工方式不同主要分为淀粉填充型塑料、共混型淀粉塑料、全淀粉型塑料。淀粉填充型塑料是将改性后的淀粉、增溶剂和增塑剂等共混制成淀粉母料，将母料再与通用塑料共混制得。共混型淀粉塑料是淀粉与半纤维素、木质素、纤维素、果胶、蛋白质等天然高分子物质可混合制备成完全可降解生物塑料制品。全淀粉塑料是指以天然淀粉为主体，对分子结构处理，使其分子结构变得无序化并形成具有热塑性的淀粉树脂，再加入适量的可降解助剂从而制备成生物全降解塑料。

1.2 淀粉基可降解塑料降解机理

淀粉基可降解塑料降解方式有三种：光降解、生物降解、光-生物降解。光降解是使大分子链断裂成小分子，然后被微生物吞噬降解；生物降解通过微生物先吞噬淀粉基塑料中含有的淀粉，塑料比表面积大大增加，同时微生物分泌出的酶进入到聚合物的活性位置并发生作用，致使聚合物的强度下降，另一方面添加的自氧化剂能与土壤中的金属盐反应，切断聚合物的分子链，增大比表面积的同时增加断裂速度，微生物可进一步使低分子不断分解，最终生成二氧化碳和水直至被完全降解。光-生物降解塑料是指在淀粉基塑料产品制作时，日光、热、氧，引发光敏剂、促氧剂等物质，在降解过程中，微生物先把淀粉等生物降解剂降解，减弱高聚物基础，使高聚物母体变得疏松，增大表面/体积比。添加助剂的光氧化自氧化作用导致高聚物的链被氧化断裂，分子量下降最终并被微生物吞噬消化[1]。

2 淀粉基可降解塑料的应用

淀粉基可降解塑料使用性能不断优化，使其具有广阔的发展空间和良好的市场前景。目前在农业、包装材料、医疗等方面被广泛使用。

2.1 农业生产中的应用

我国作为农业大国，地膜被广泛使用，可有效控制土壤湿度、温度，防病虫、抑制杂草，增加产量。国内种地面积广，对地膜需求量大，据国家统计局数据显示，2015年我国地膜覆盖面积达2.75亿亩，使用量为145.5万吨，10年后，预计地膜覆盖面积增加为3.3亿亩，使用量超200万吨，同时每年新增20～30万吨不可降解的残留地膜[1]。这种传统塑料地膜被废弃后无法降解，留在田地污染土壤和地下水资源，并对农作物生长有一定影响。目前，解决残留地膜主要以机械回收和人工捡拾为主，不能长期、彻底清除残留地膜，因而，最有效、可行的办法为采用可降解地膜。其中，淀粉基可降解地膜研究相对较多，闫美珍等[2]为提高淀粉基塑料膜的可降解性能，将交联淀粉进行偶联化疏水处理，处理后可明显提高淀粉基塑料膜其耐水性、力学性能并降低吸水率。美国农业部将含水40%～60%的胶化淀粉与乙烯丙烯酸共聚物共混制备可降解地膜。

农业上化肥也是必不可少的一部分，但就传统化肥来看，利用率低、成本高、化肥污染等问题严峻。淀粉基可降解塑料可用于制作农药、化肥等的缓释基材，使有效成分缓慢释放，解决了传统化肥利用率低的问题。刘秉智等[3]利用改性后的淀粉为原料开发的包膜磷酸二氢铵二元缓释剂肥料，这种肥料易被微生物吞噬降解，肥料养分利用率提高，减少了化肥污染，且该产品生产工艺简单，价格低廉，具有良好的应用前景。

2.2 包装材料中的应用

中国是包装制造大国，塑料包装在整个包装产值中占近三分之一，传统塑料因其优异的使用性能，被广泛应用到生活中的方方面面。传统塑料废弃后很难降解，造成白色垃圾的形势更加严峻。这些塑料制品若填埋会对土壤严重污染，影响农作物生长；若焚烧产生的气体对大气和环境有一定污染；若回收利用，受风化作用和自然磨损，会影响其二次使用性能。因而研究人员再次将研究方向定在可循环利用、环保、可降解的材料上。将天然淀粉与增塑剂共混制备的热塑性淀粉具有较好的性能，其中，聚乳酸和热塑性淀粉共混，被称为21世纪最有前途的新型包装材料。

果蔬包装材料由于运输过程中时间较长，果蔬保质时间短，需用保鲜膜延长储存期。科研人员发现，淀粉基塑料保鲜膜具有良好的保鲜功能，杨月等[4]将木薯淀粉保鲜膜液涂抹在橘子表面后形成了一层薄薄无色的保鲜膜，从而达到延长橘子的贮藏期。随着对可降解塑料的不断研究和完善，其各方面性能将会不断增强，逐渐替代传统塑料。

一次性餐具方面，由于我国人口众多，食品消费总量巨大，用于食品包装的非降解材料造成的环境污染非常严重。近年来，“互联网+”正潜移默化地改变人们生活方式、消费方式和行为习惯。网络外卖以其实惠、便利等特点深受上班族与学生族的青睐，“懒人经济”和“快节奏生活”促进了互联网餐饮外卖的迅猛发展，只要轻松一点便能够让足不出户的人们享受八方美食，但是每产生一份外卖产生的垃圾却是呈现好几倍的分量，比如就单独任何一份外卖，有可能包括一次性塑料餐盒、塑料餐盖、食品袋、塑料勺、饮料杯等废弃物，数量更是惊人。且塑料是石油基产品，石油价格的波动也造成塑料产品价格的不稳定，而可降解材料的使用能很大程度上缓解对塑料制品的需求和环境压力。

可降解餐具其主要成分为可降解塑料，目前公认的最有希望的生物降解塑料主要有淀粉、聚丁二酸丁二醇酯、聚乳酸等，其中淀粉作为一种天然高分子化合物，丰富易得，价格低廉可再生且完全降解是最具潜力的可降解材料之一。但由于淀粉耐热性差、成型加工困难，严重制约了淀粉材料的应用，研究发现对淀粉改性使其具备热塑性，并添加增塑剂可提高淀粉基可降解塑料的性能。目前市面上已研发的淀粉基可降解材料在力学性能方面还有待提高且生产成本高，不利于大批量生产，因而研发出一种耐热、耐湿、机械性能好、生产成本低的淀粉基可降解材料具有实际意义。

2.3 医疗卫生材料中的应用

淀粉基材料具有可生物降解、安全性能高、无毒性等特性，在医疗上被广泛应用。一方面在医疗器材上可以应用淀粉基材料，另一方面可在医药制备上利用淀粉基可降解塑料。

福建农林大学[5]研发的一款用于包装药片的包装容器。药片瓶需要具有良好的避光性和密封性，有隔绝外部细菌和温度等效果，并且对其安全性和无毒性要求较高。常见药瓶一般是聚氯乙烯或玻璃瓶制得，这些药瓶不能降解、同时存在药物残留等问题，但一些不良商家会非法低价收集被废弃的塑料药瓶进行再次生产，制成一次性餐盒等产品出售获利，这种产品对人体伤害极大。淀粉基可降解塑料可完全降解、无毒无害，若被用在药瓶等医疗包装材料上，是一种很好的选择。利用淀粉基可降解材料制备的淀粉胶囊是公认最具有潜力的新型胶囊产品。雷俊华等[6]使用蜡质大米经过化学改性得到改性淀粉，用此改性淀粉作为赋性剂应用到布洛芬剂中，制得了一种耐高温的布洛芬片剂。

生物基可降解塑料的代表是PLA，又称聚乳酸，原材料主要为玉米淀粉，以PLA为原料制成的产品性能优异，具有良好的生物相容性，还具有一定的耐菌性，阻燃性和抗紫外线能力，因此可用于医用绷带、一次性手术衣、医疗固定装置、室外装置物等方面，用途十分广泛。

3 淀粉基可降解塑料存在的问题及发展趋势

3.1 存在问题

目前研制出的淀粉基可降解塑料的综合性能如机械强度、耐热性、耐湿性等与传统塑料性能相比仍有差异。在降解方面尚不能达到我们所期待的程度，大部分可生物降解的塑料是局部失重、碎裂成小碎片，并没有完全消失。且成本较高，为保证其综合性能，在制备过程中需添加辅助剂，导致成本上升，若想大范围推广在价格上受到一定限制。

3.2 发展趋势

2020年我国出台《关于进一步加强塑料污染治理的意见》再一次加大力度整治塑料污染问题，被市场称为“禁塑令”，提出禁止限制使用的塑料制品，制定了具体的退出时间表，明确分2020年、2022年、2025年三个节点实施，确保大量减少塑料制品的使用，意味着部分传统塑料的需求将向可降解塑料转移，若按照替代传统塑料的50%计算，每年新增可降解塑料的需求为250万吨，这是值得关注的新兴领域。淀粉是生物基塑料最具价格竞争优势之一，在可持续发展战略中具有广阔发展前景。淀粉基可降解塑料研究中应关注以下3点：

(1)目前淀粉基可降解塑料的相容性是研究热点，开发环境友好的相容剂，使淀粉与其他材料混合时相容性更高。

(2)提高淀粉基可降解塑料制品的综合性能，使其应用不仅局限在地膜、药物胶囊、包装材料等方面，应开发更高端的市场。

(3)若将纳米技术或新型材料应用于生物淀粉基塑料，塑料制品的性能将会产生质的飞跃。

4 结语

淀粉基可降解塑料满足减量化、再资源化、无害化等可持续发展要求，作为环境友好型材料，可有效缓解传统塑料制品所造成石油资源匮乏、土壤的污染、地下水资源污染、白色污染等问题。因而淀粉基可降解塑料的研究意义重大，在全球都提倡绿色发展的前提下，如果淀粉基可降解塑料可以取代传统的塑料，将为我国环境保护工作作出巨大贡献。