塑膠可分解材料/生物可分解材料
塑膠可分解材料/生物可分解材料
由於高分子材料在實際工業生產和使用過程中遇到的外部作用因素是複雜的，高分子裂解的形式是多種多樣的，如熱裂解、力裂解、光裂解、輻射裂解、氧化裂解、生物裂解、化學藥物裂解等。不同類型的裂解可以同時發生。高分子材料在自然環境下的生產、加工和使用中不可避免地會接觸到空氣，氧化裂解的問題是多數也是比較普遍遇到的問題，因此研究其熱氧化和光氧化裂解及若干其他干擾因素的作用，以及如何控制這些因素以延長產品在其結構強度與使用壽命的問題，一直是處理高分子製程與製品使用上的重要任務。近年來隨著合成材料的多元發展與研究，特別是塑料工業的高速發展，塑膠高分子材料的應用發展已往兩種截然不同的方向推進，一者是加強分子鏈強度或遮蔽方式來避免降解或裂解，另一者是在特定條件下可加速高分子材料的降解與裂解。
加強及加固的方式來避免降解與裂解，是在材料分子鏈的研發以強化其性能與效能，另一個是藉由不同添加劑的使用，達到穩固或遮避的效用，都可大幅延長其使用的壽命或可增強高分子材料的物理特性來延緩降解或裂解的時間，
其二是為解決固體廢料的環境污染問題，隨著世界多數國家頒發了不同程度的限塑令，研發降解材料/可分解材料成為高分子材料業界長期需持續發展的一個重要方向。現今人們已發展出生物降解、光降解、熱降解、化學降解的高分子材料。
在環境保護的議題下，塑膠製品經由百年時間，值至今日已經完全進入我們的生活當中，垃圾中的廢棄塑膠也越積越多，廢棄物中的塑膠比例也一再的逐年上昇。由於合成塑膠有很高的化學穩定性，塑膠製品不僅耐酸、耐鹼，並且不蛀、不霉、不腐蝕等。如果把它埋入地下，經過上百年也不會腐爛，因此已形成一個很嚴重的公害，人類迫切需要消除這些汙染或降低此類型的垃圾，如果能把生活中常見包裝食品的塑膠袋、泡沫塑膠飯盒等，這些一次性的包裝材料、日用品，改用可降解的分解塑膠，在一定的時間、環境條件與過程中，可以得到一定程度的緩解與下降其比例。所謂可降解塑膠，是指在一定條件下會自行分解的塑膠。塑膠高分子的化學性質十分穩定，埋在地下數十年甚至百年也不會腐爛，這主要與它們的分子結構有關。塑膠高分子是由許多的小分子以各種不同的方式鏈接起來，形成的高分子聚合物，例如聚乙烯便是由許多的乙烯單體聚合而成的。高分子化合物有一個共同特點，即分子中的碳原子與碳原子之間，是以碳碳化學鍵連接起來進而形成一個碳鏈。
碳鏈中碳原子的排列方式，主要分為3種：
- 第1種是碳原子之間排成一條線，呈現不帶側支鏈的線形結構
- 第2種是碳原子之間排成一條線，但有一些分支，呈現帶支鏈的側鏈線形結構
- 第3種是碳原子之間的排列相互交錯，形成交聯網狀結構
不過，高分子主鏈不全是只有碳碳鍵，也可以是碳硫鍵、碳氧鍵、碳氮鍵等的不同化學分子鍵。
由於這種結構較為特殊和分子量較為巨大，使得高分子具有小分子化合物所沒有的優異物理性能、化學性能和力學性能，例如物理上有高強度結構、材料有較高的熔點、高耐腐蝕性等。塑膠是高分子化合物的一種，分子中的碳鏈十分牢固，要把這種分子鏈削弱或打斷變成小分子，也就是降解的過程，是相當困難的。目前比較有效的降解方法有三種，即生物降解、化學降解和光照降解，依據這三種的降解方法，許多科學家成功地合成了「生物降解塑膠/生物分解塑膠」、「化學降解塑膠/化學分解塑膠」和「光照降解塑膠/光照分解塑膠」。這些可降解塑膠/可分解塑膠在解決「白色汙染」的問題上，發揮了很大的貢獻。
生物降解塑膠／生物可分解塑膠
生物降解塑膠所謂「生物降解塑膠」，是一種能被土壤中的微生物和酶分解掉的塑膠，就像有機植物一樣，是能在土壤中腐敗的一類物質。是在自然界中如土壤和/或沙土等條件下，和或特定條件如堆肥化條件下或厭氧消化條件下或水性培養液中，由自然界存在的微生物作用引起降解，並最終完全降解變成二氧化碳（CO2）或/和甲烷（CH4）、水（H2O）及其所含元素的礦化無機鹽以及新的生物質（如微生物死體等）。例如在許多先進國家中，在樹苗的培養過程的樹苗保護套就採用了「生物降解塑膠」，栽植移苗時，樹苗塑膠套連同樹苗一起埋入土內，隔年樹苗根部開始生長時，塑膠套早已經在土壤中分解消失了。另外，美國生產的一種降解手術線也採用降解塑膠製成，它在人體內經過3個月後就消失了。不過，生產降解塑膠還有一些困難需要去克服，其中一項是價格太貴，大約是普通塑膠的好幾倍、甚至十幾倍。
讓普通塑膠變成「生物降解塑膠」的方法有許多種：
第1種方法：
在塑膠中添加澱粉，因為澱粉的加入可以使塑膠中的碳碳鏈容易被破壞，化學分子鏈被削弱的程度足以滿足微生物可消化分解的要求，最後使塑膠分解成水和二氧化碳。
第2種方法：
在塑膠中加入40∼50％的凝膠狀澱粉，或者加入經有機矽偶聯劑處理過的澱粉和少量玉米油的不飽和脂肪酸。不過，這種方法得到的降解塑膠成本高，降解時間較長，例如在堆肥條件下，要經過3∼5年後才會完全分解。
第3種方法：
使塑膠成分中含有澱粉和聚己內醯胺。用這種方法製成的降解塑膠其降解時間較短，可以用來製作降解手術縫合線。但是，缺點還是成本太高。降低生產成本是降解塑膠能否推廣應用的一個重要因素，目前科學家積極設法採用穀殼、木漿等天然廢物製造「生物降解塑膠」，以降低成本。
化學降解塑膠／化學可分解塑膠
化學降解塑膠是含有一種特殊包裝物的塑膠。這種包裝物是用澱粉包裹著氧化劑，所使用的氧化劑能促進高分子的降解，像玉米油等。當這種塑膠埋在土裡時，澱粉首先被細菌吃掉，剩下千瘡百孔的網狀外殼後，藏在殼內的氧化劑與土壤中的鹽和水發生化學反應生成氧化物，開始破壞塑膠分子中的碳碳鍵，進而達到降解的目的。這種降解塑膠不僅成本較低，降解效果也不錯。在理想的情況下，一般而言，在6個月左右的時間就可以把塑膠變成粉末，幾年後便可全部降解。
光照降解塑膠／光分解塑膠
光照降解塑膠顧名思義是一種在光照下能被降解的塑膠。從分子鏈組成結構上來看，塑膠中含有氫氧基，在太陽紫外光的作用下會發生化學變化，導致碳碳鍵的破壞，進而造成分子鏈產生斷鏈。「光照降解塑膠」的降解效果與「化學降解塑膠」差不多，在降解過程中，會先留下一堆殘渣、碎片，經過好幾年後才能完全降解。兩者不同的是，前者必須在較長時間含有紫外光的太陽光暴露下才能產生降解，而後者則必須埋入土中或沉入海水中，以確保細菌在週遭環境當中可以存活，以產生細菌發揮消化、分解的過程。目前「光照降解塑膠」的用途，主要是製成一些食品包裝袋為主。
生物降解材料／生物可分解材料
四大種類及其優缺特點
- PLA類（聚乳酸）
- PBS類（聚酯類）
- PBAT類（聚酯類）
- PHA類（聚羥基烷酸酯）
PLA類（聚乳酸）
此類是最常見的可降解塑料，是以乳酸為主要原料聚合得到的聚合物。PLA生產過程無污染，而且產品可以生物降解，使用後的PLA可以通過堆肥，在溫度高於55℃、富氧和微生物的共同作用下降解為二氧化碳和水，實現在自然界中的物質自然循環，不會對環境產生影響。PLA具有可靠的生物安全性、生物可降解性、良好的力學性能和易加工性，廣泛用於包裝、紡織行業、農用地膜和生物醫用高分子等行業。PLA的缺點是降解條件相對苛刻，但由於PLA在生物降解塑料中具有相對較低的成本，PLA的消費使用量居於第一。
PBS類（聚酯類）
這一類型的可降解塑膠是由丁二酸和丁二醇經縮合聚合而成，原料來源為石油或生物資源發酵。PBS易被自然界的多種微生物或酶最終分解為二氧化碳和水，具有良好的生物相容性和生物可吸收性，良好的耐熱性能。PBS可以用包裝薄膜、餐具、發泡包材、日用品瓶、藥品瓶、農用薄膜、農藥及化肥緩釋材料等領域。由於某些地區的丁二酸原料取得有限，PBS的因而衍生出其它不同的種類，如PBAT和PBSA順應而生，兩者與PBS的性能基本相似，但加工性能不及PBS。
PBAT類（聚酯類）
此類是屬於熱塑性可降解塑料，一般以脂肪族酸、丁二醇為原料，經石化途徑或生物發酵途徑生產，有較好的延展性和斷裂伸長率，也有較好的耐熱性和衝擊性能。由於PBAT的成膜性能良好，易於吹膜，廣泛用於一次性包裝膜及農膜領域。此外，PBAT還具有優良的生物降解性，是可降解塑料研究中非常廣泛和市場應用很好的降解材料之一。
PHA類（聚羥基烷酸酯）
PHAs類可降解塑料有聚羥基脂肪酸酯（PHA）、聚羥基丁酸酯（PHB）等類別，PHA的降解方式很特別，使用完後的PHA可以在生物體內完全降解成β-羥基丁酸、二氧化碳和水。PHAs類可降解塑料的熱變形溫度較高、具有良好的生物相容性，但加工溫度範圍相當的窄、熱穩定性差、脆性大、生產質量不穩定，常用於一次性的用品、醫療器械手術服、包裝袋和堆肥袋、醫用縫線、修復裝置、繃帶、骨針、防黏連續膜及支架等領域。
