生物塑料是由可再生生物質資源生產的塑料材料,例如植物油脂,玉米澱粉,稻草,木片,鋸末,可回收的(de)食品廢料等。生物塑料可以由農業副產品製成(chéng),也可以由使用微生物的廢舊塑料瓶和其他容器製成(chéng)。 常見(jiàn)的塑料,例如化石燃料塑料(也稱為石油基聚合物)是(shì)從石油或天然氣(qì)中提取(qǔ)的。並非所有生物塑料都比商品化石燃料衍生的塑料更(gèng)容易生(shēng)物降解或(huò)生物降解。生物塑料通常衍生自糖衍(yǎn)生物,包括澱粉,纖維素(sù)和乳酸。
塑料是由相同(tóng)的化學亞基組成的聚合物,稱為單(dān)體,以鏈的形式連接(jiē)在一(yī)起。與所有聚合物一樣,塑料的性能由鏈中(zhōng)的單體及其結構中的鏈節和交聯鏈的數量來決定。單體的交聯(lián)增加了聚合物的剛性和熱穩定性。顧名思義(yì),塑料可以很(hěn)容易地模製成(chéng)各種形狀。聚苯乙烯(聚合苯乙烯,CH2=CHC6H5 )、聚乙烯(xī)(聚合乙烯,CH2=CH2 )或聚丙烯(聚合(hé)丙烯,CH2=CHCH3 )等塑料被模塑成(chéng)各(gè)種各樣的日常和專業產品,例如,一次性包(bāo)裝袋、一次性餐具、一次性(xìng)吸管、咖啡杯、包裝瓶、容器、汽車零件等。
自(zì)20世紀初以來,塑料的開發(fā)和使用出現了爆炸式的(de)發(fā)展,塑料的用途和重要性變得如此之(zhī)大,以至(zhì)於(yú)很難(nán)想象沒有塑料(liào)的現代生活。事實上,目前所有的塑(sù)料都是通過化學提取和合成從石油中提煉出來的。由於石油基塑料一般不可生物降解,塑(sù)料(liào)垃圾非常耐用,處理已成為一個嚴重的問題。盡管政府努力鼓勵和支持(chí)回收利用,但垃圾填埋場正逐漸被塑料垃圾填滿,這些垃圾也會在環境中堆積。石油塑料的另一個問題是石油資源(yuán)正在被耗盡;保守人士估計,按照目前的消費速度,地球上所有已知的石油資源在21世紀末之前都將枯竭。鑒於現代生活依賴塑料,石油是一種不可再生的(de)資源,石油產生(shēng)的塑料廢料汙染(rǎn)環境,從長遠來看,生物塑料可以找到一個可持續(xù)的解決方案。
1926年,法國研究人員莫裏斯·萊莫尼(Maurice Lemoigne)他在對巨大芽孢杆菌的研究(jiū)工作中發(fā)現(xiàn)了第一(yī)個已知的(de)生物塑料,即聚羥基丁(dīng)酸酯(PHB)。 Lemoigne的發現(xiàn)的重要性幾十年來被人們忽略了,這在很大程(chéng)度上是因為當時石(shí)油價格(gé)便宜且資源豐富。 1970年代中期的石油(yóu)危機引起了人們對尋找石油基產品替代品的新興趣。此後,分子遺傳學和重組DNA技術的興起進一步推動了研究,因此,到21世紀初,已經(jīng)建立了(le)多種生物塑料的結構,生產方法和應用。正在(zài)使(shǐ)用或正在(zài)研究中的生物塑料包括PHB和聚(jù)羥基鏈烷酸酯(zhǐ)(PHA),它們都是在專門的微生物中合成的,以及聚(jù)乳(rǔ)酸(PLA),它是由植物來源的微生物發酵產生的乳(rǔ)酸單體聚合而成的糖和澱粉(fěn)。這些塑料中的單體之間的化學鍵的降解是由微生物或(huò)水引起(qǐ)的,這使得生物塑料(liào)成為製造可(kě)生物降解的瓶子(zǐ)和包裝薄膜的高度理想的(de)材料。另外,因為降解產物是天然代謝產物(wù),所以聚(jù)合(hé)物在(zài)醫學應用中(zhōng)是令人感興趣的,例如控釋藥物包裝(zhuāng)和可吸收(shōu)的外(wài)科縫合線(xiàn)。
目前,生物塑料(liào)在世(shì)界塑料(liào)總(zǒng)產量中所占的比(bǐ)例很(hěn)小。商業生產過程困擾於低產量並且昂貴。然而,代謝和(hé)基因工程的改進產生了微生(shēng)物和植物菌株(zhū),可(kě)以顯著提高產量和(hé)生產能力,同時降低總體成本。這些因素,加上不斷上漲的石油價格和日(rì)益增長的環境意識,可能會在將來擴大生物塑料的市(shì)場。