三分钟了解:降解塑料的降解原理

降解塑料是目前市场投资的热点与风口,在禁、限塑令背景下拥有广阔的市场前景。
 
降解塑料顾名思义,即能够发生降解的塑料,在一定条件下能够完全转化为二氧化碳、水及其他小分子生物质,不会留存在环境中造成白色污染。
 
那么降解塑料为什么能够发生降解,它的降解原理是什么呢?
 

什么是可降解塑料?我们可以将塑料的降解分为两个过程 #生物降解材料研究院 #生物基

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拿最简单的塑料袋来说,我们可以看到它的产品描述,比如“光降解”。光降解塑料袋的降解方式是,向塑料袋的主要成分——聚乙烯中添加光敏剂,受到光照作用后,光敏剂吸收的能量转移给聚合物分子,引起塑料薄膜的破裂,崩解,最终变成塑料碎片,在视觉上消除了白色污染。
 
但光降解塑料的问题在于,塑料制品破碎后,基本成分并没有发生改变,只是在体积上由大变小。因此有人建议将“光降解”中的降解改称“崩解”,在定义上严格区分光“降解”与完全降解。
 
同时,也有科学家提出,塑料的“不完全降解”可能会带来更严重的微塑料问题,崩解后的塑料颗粒可能会进入动物、人体的内部,存在巨大的安全隐患。
 
此时,一项新的技术出现在人们的面前,即生物降解塑料。生物降解塑料利用了在自然界中大量存在的微生物,被微生物消化吸收,转化为二氧化碳、水及其他生物质,降解的更加彻底。那么,为什么微生物独独偏好生物降解塑料,而对于传统塑料,却迟迟不肯“下嘴”?
 
这必须从生物降解塑料的结构说起,传统塑料,如塑料袋主要成分聚乙烯,为乙烯单体的聚合物,分子量高、分子键之间连接紧密,微生物难以消化吸收。而生物降解塑料,往往包含N、O等微生物更加偏好的杂原子,微生物能够快速消化吸收。另外,生物降解塑料多含有酯键结构,易于水解,这也加速了塑料整体的降解速度。
 
我们可以将生物降解塑料的降解分为两个过程:
 
1、高分子链变成小分子片段的水解过程
 
降解塑料在微生物、自然环境等各种作用下,物理形态上从大块的塑料薄膜变为小块的塑料碎片,更有利于微生物的附着。同时降解塑料的长链结构变为短链,更易于微生物的消化。
 
物理形态的变化能够显著加快降解塑料的降解速率。如有科学家针对牛胃中的降解酶做出实验,向酶溶液中加入整块的降解塑料薄膜与磨成粉末的塑料颗粒,经过比较,结果发现,粉末形态的降解塑料降解速率更快。最新研究:牛胃液太牛了!能降解PET、PBAT等塑料
 
而目前正在研究的海水降解塑料,通过向分子链中加入羟基乙酸等易水解的片段,缩聚成为新的聚合物。其中易水解片段的水解,能够有效加快降解塑料从高分子向小分子的转变过程,最终加快塑料的整体降解速度。
 
 
对于降解塑料的降解而言,大块薄膜变为小块碎片、高分子链条变成小分子片段的过程,是降解塑料整体降解速率的决速步。如何加快水解过程,是提高可降解塑料降解速度的关键。
 
2、小分子在微生物作用下的降解过程
 
在经过水解后,微生物就能够更好地“吃掉”这些降解塑料小分子。微生物分泌出特定的降解酶,经过消化作用,小分子片段被微生物吸收转化为二氧化碳、水,以及用于合成微生物自身的生物质。
 
此时,降解塑料就完成了它在自然界中的全部循环,从石油或植物变成分子单体,再由单体物质聚合成为可降解塑料并加工成各类塑料制品,最后,在微生物环境的作用下,转变成水、二氧化碳、生物质,以另一种无害的形式返回到自然环境中。