生物塑料是由(yóu)可再生(shēng)生物質資(zī)源(yuán)生產的塑料材料,例如植物油脂,玉米澱粉,稻草,木片,鋸末,可回收的食品廢料等。生(shēng)物塑料可以由農業副產品製(zhì)成,也可(kě)以由使用微生物的廢舊塑(sù)料瓶和其他容器製成。 常見的塑料,例(lì)如化石(shí)燃料塑料(也稱為石(shí)油基聚合物)是從石油或天然氣中提取的(de)。並非所有生物塑料都比商品化石燃料衍生的塑料更容易生物降解或生物降解。生物塑料通常衍(yǎn)生自糖衍生物,包括澱粉,纖(xiān)維素和乳酸(suān)。
塑料是由相同的化學亞基組成(chéng)的聚合物,稱為(wéi)單體,以鏈的形式連接在一起。與所有聚合物(wù)一樣,塑料(liào)的性能由鏈中的單體及(jí)其結構中的鏈節和交聯鏈的數量來決定(dìng)。單體(tǐ)的交聯增加了聚合(hé)物的剛性和(hé)熱穩定性。顧名思義(yì),塑料可以很容易地模(mó)製成各種形狀(zhuàng)。聚苯乙烯(聚合苯(běn)乙烯,CH2=CHC6H5 )、聚乙烯(聚(jù)合乙烯,CH2=CH2 )或聚丙烯(xī)(聚合丙(bǐng)烯,CH2=CHCH3 )等塑料被模塑成各種各樣(yàng)的日常和專業產品,例如,一次性包裝袋、一次性餐具、一次性吸管、咖啡杯、包裝瓶(píng)、容(róng)器、汽車零件(jiàn)等。
自20世紀初以(yǐ)來,塑料的開發和使用出現了爆炸式的發展,塑料的用途和重要性變得如此(cǐ)之大,以至於很難想象沒(méi)有塑(sù)料的現代生活。事實(shí)上,目前所有的塑料(liào)都是通過化學提取和合成從石油中提(tí)煉出來的。由(yóu)於石油基塑料(liào)一般不可生物降(jiàng)解,塑料垃圾非常耐用,處理已成為(wéi)一個嚴重的問題。盡管政府努力鼓勵和支持回(huí)收利用,但垃圾填埋場正逐漸被塑料垃圾填(tián)滿(mǎn),這些垃圾也會在環境中堆積。石油塑料(liào)的另(lìng)一個問題是石油資(zī)源正在被耗(hào)盡;保守人士估計,按照(zhào)目前(qián)的消費速度,地球上所有已知的石(shí)油資源在21世紀(jì)末之前都將枯(kū)竭。鑒於現代生活依(yī)賴塑料,石油是一種不可再生的資源,石油(yóu)產生(shēng)的塑料廢料汙染環境,從長遠來看,生物塑料可以找到一個可(kě)持續的解決方案。
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工作中發現了第一個已知(zhī)的生物塑料,即聚羥基丁酸酯(PHB)。 Lemoigne的發現的(de)重要(yào)性幾十年來被人們忽略了,這在(zài)很大程度上(shàng)是因為當時石油價格便宜且資源豐富。 1970年代中期的石油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(xué)和(hé)重組(zǔ)DNA技術(shù)的興(xìng)起進一步推(tuī)動了研究,因此,到21世紀初,已經建立(lì)了多種生(shēng)物塑料的結構,生(shēng)產方法和應用(yòng)。正在使用或正(zhèng)在研究(jiū)中的生物塑料包括PHB和聚羥基鏈烷酸酯(PHA),它們都是在專門的微生物中合成的,以及聚乳酸(PLA),它是由植物來(lái)源的微生物發酵產生的乳酸單體聚(jù)合而成的糖(táng)和澱粉。這些塑料(liào)中的(de)單體之間的化學鍵的降解是(shì)由微生物或(huò)水引起的,這使得生物塑料成為製造可生物降解的(de)瓶子和包裝薄膜的高度理(lǐ)想的材料。另外,因為降解產(chǎn)物是天然代謝產(chǎn)物,所(suǒ)以聚合物在醫學應用中是令人感興趣的,例如控釋(shì)藥物包裝和可吸收(shōu)的外科縫合線。
目前,生物塑料在世(shì)界塑料總產量(liàng)中所(suǒ)占的比例很小(xiǎo)。商業生產過程困擾於低產量並(bìng)且昂貴。然而,代謝和基因工程的改進產生了微生物和(hé)植物菌株,可以顯著提高產量(liàng)和生產能力(lì),同時降低總體成本。這(zhè)些因素,加上不斷上漲的石油價格和日益增長的環境意識,可(kě)能會在將來擴大生物塑料的市場。