近年來，可生物降解材料是人們關注的一個熱點課題，文章和報道很多，但是多為新品種開發，合成制造方法，應用以及降解機理等。2004年德國《應用化學》國際版上(Angew chem．Int．Ed，43，1078～1085)發表了一篇題為“Nature or Petrochemistry?——Biologically Degradable Materials”文章，從宏觀角度，論述此類材料發展背景以及隨著科學技術進步，形成產業和占據市場后，從經濟層面和社會層面應當考慮的一些問題。文章中對有市場前景的幾類品種發展前景也作了預測。該文雖仍以聚合物材料為主體，但有不少新意，現摘出以供參考。    

    化學工業自19世紀下半葉以來所取得的進步和成就在很大程度上是由于將礦物原料作為合成的基礎。從煤中制備的合成染料代替了天然染料，這種對光穩定的著色劑第一次進入廣大人民群眾生活�，F在，以油氣為代表的礦物原料是化學工業最重要的原料，超過90％，僅次于能源和運輸而居第三位。根據OECD組織成員國統計，能源占54％，運輸占35％，化學工業占12％(原料和加工用各為一半)。而在化學工業中，用作原料的油汽資源主要是轉換成聚合物。過去50年中，通用塑料取得巨大成就，提供了可靠的原材料基礎和各種可應用的性能，通過融熔可制造大量物品(如薄膜和模塑品)，加工方法不僅價廉且對環境污染很小。

    1973年能源危機以后，替代能源和資源，如生物質(biomass)問題引起人們注意并加強了研究。而隨著原油價格下落，大眾對它的興趣又出現衰落。但從地緣政治和經濟發展上看，過分依賴石油以及它的有限的可利用性，又使人們考慮替代能源和資源問題。按現在探明的石油儲量，用現代開采技術，也不過可采40年。這種預測較為樂觀。這是建立在中東地區原油儲量持續增加的基礎上的�，F在溫室氣體CO2完全是由礦物原料生成的，這已經成為全球氣候變化的難以預測和不可逆轉的原因。傳統塑料垃圾埋于地下，因為降解很慢，在很長的時間內會占據可貴的土地，因此，人們設想如果能在可再生資源基礎上實現循環應用將是十分具有吸引力的，特別是應用天然產品。     

   
    現在人們研究和開發的可生物降解材料多是以天然產物為基礎，有的是通過微生物合成的聚酯，有的是從可再生資源制取單體再進行聚合成材料，如聚乳酸(PLA)，其實有些單體也可以用石油化工路線制備。所以，研究材料的生物降解性應當包括可再生資源基礎材料和石油化學基礎材料兩類，并且要對它們的生態潛能(eclogical pontmfid)進行比較。

1．關于生物可降解性    

     生物可降解材料現在受到人們關注。生物可降解性與從可再生資源制備是兩種不同的概念。天然生成的聚合物，如纖維素或是天然橡膠是可生物降解的，但是生物可降解性是與物質的化學結構有關，而不論此結構是由可再生資源或礦物資源制備的。    

     德國自1998年標準試驗方法中就有生物可降解性條款，作為塑料可分解性的測定內容。在分析中，除了化學組成(如某種重金屬存在)外，還要測試在實驗室條件下完全降解可能性，測試在實際生活條件下的降解性及分解物性質，測定分解物對大鳥，蚯蚓等生態毒性。對于可生物降解性的定義是：在實驗室條件下，60％的有機碳必須在6個月內完全轉化。而在實際條件下，塑料90％應能降解成小于2mm的碎片。    

     除天然聚合物外，用微生物或化學方法制備的可生物降解聚酯也成為當前關注中心。降解發生一般分為兩步：首先是經過酶或化學水解成低分子量的碎片，有時可以分解成原始單體，這些碎片可以被細胞再吸收，最終成為CO2和水。聚合物中的非晶區的侵蝕比結晶區要快得多。聚合物的結晶度和晶粒大小對降解速率有很大的影響。傳統的聚酯和聚酸胺具有較高的結晶度，這種結構對其主要的機械力學性能起著決定性作用。因此，可以作模塑部件和纖維。但是，它卻導致了難以降解，在有效使用期內及在環境影響下保持穩定。

2．關于天然聚合物    

     每年通過光合作用要生成1×1011t生物質，大部分是纖維素、淀粉、各種多醣和木質素。紙問世2000多年，現在全世界每年生產紙和紙板320×106t，比石油化工的塑料年產量200×106t還高。然而，它的親水性，機械力學性能對水非常敏感，限制了它作為材料的應用，泡水紙袋就沒有用了。而且，纖維素不像通用塑料如聚烯烴，它不能用熱塑法加工。因此，纖維素纖維(粘膠絲)或纖維素板(賽璐珞)都是用溶液法將纖維素黃原酸鹽分解來制備。如果將其衍生可以得到適合熱塑加工的材料，例如醋酸纖維素或賽璐珞(用松香增塑的硝酸纖維素)但是，這些都需要用礦物資源進一步進行合成反應，而且這些衍生物的可降解性都比未經改性的纖維素低。    

     紙漿主要成分是纖維素，除了用作造紙，還可做化工原料。它是從木材分離出來纖維素和木質素后制造的。當前制造工藝要消耗大量的能源和水，并釋放污染物(硫化物)到環境中，因此從原料和用完垃圾給環境總的影響來考濾，紙袋與聚乙烯袋相比，并無優勢。用價廉的紙漿和對水穩定的聚乙烯制造復合材料，可以作飲料容器，已在歐洲市場上大量應用，商品牌號為Tetrapak，是在紙板制成的容器壁上涂上很薄的聚乙烯膜保護層。在用后回收中，紙漿制品可以溶解并可用作對纖維質量要求不高的制品，而聚乙烯則進行焚燒取得能源。   
 
     淀粉與纖維素不同，只要含有一定水分，就可用熱塑法加工。由于它對水的敏感性，各種機械力學性能的應用都受到嚴重限制。通過與聚乙烯或聚酯類熱塑性塑料共混，性能可得到很大的改進。與可生物降解聚酯共混，產物可完全分解�，F在Noramom公司以Mater—B牌號在市場銷售，每年約2萬t。    

     一些天然聚合物在活體組織中體現出許多活性功能，引起人們高度重視。從自然界可再生資源直接取得天然聚合物是材料制備的一個有價值的捷徑。因此需要從生物質中進行分離，而且要解決其因為加工性不好而影響應用的限制。因此，近年來，人們關注的焦點轉向其它可生物降解熱塑性塑料，如從微生物或化學合成制取各種聚酯上。

3．微生物結合成聚酯    

     聚β-羥基丁酸酯(PHB)是由不同的細菌將碳水化合物在可控的營養條件下發酵生成的，類似于其它有機體中的淀粉和糊精的功能，它是一種能源貯存庫，它以約0．5μm粒子狀存于細胞質之中。在適當條件下，90％左右的聚合物可以積聚成細菌干體。要分離出PHB，就需要用機械剪力或通過酶的消化作用來破碎細胞壁，隨后再將聚合物萃取出來，萃取可在離心機中洗滌，或用有機溶劑(如二氯甲烷)。    

      在60年代早期，PHB只能按kg級規模生產，由于它是從可再生資源制備的塑料又具有可生物降解性，顯現出商業應用的潛勢。1973年能源危機中，提高了對PHB的興趣。用發酵工藝成功地從葡萄糖和丙酸制備PHBV(3-羥基丁酸酯與3-羥基戊酸酯共聚體)，PHB熔點為180℃，而PHBV可降低到137℃(含20mol％3-羥基戊酸酯單元)，從而顯著改善了熱塑加工性，同時提高了機械力學穩定性(沖擊強度)一個數量級。總體性能可與聚丙烯相比。油價穩定后，PHB類商業應用的興趣下降了。然而80年代后期，ICI卻將PHBV工業化了，牌號為Biopolo，在德國吹塑法制備的洗發液瓶上市；另一個未來的商業應用是作漁網，當它沉到海洋底部就可以降解。1996年Biopol技術出售給孟山都公司，該公司加強了在轉基因植物中直接合成聚羥基烷基酸酯的研究，1998年停止生產。該公司在慕尼黑的Biomer公司自1994年就用自行培殖的細菌株生產PHB，現在年產數t，價格為15~20歐元／kg，主要用作焰火火箭，它可在環境中降解。    
 

    碳水化合物的直接合成也是一條有效的捷徑�，F在聚羥基烷基酸酯的合成的不利之處在于要用較貴的葡萄糖作基質，它轉換成PHBV的收率不高(40％)，而且所得聚合物需要分離。設計對基質要求較低的細菌，或在基因改性植物中直接生產聚多羥基烷基酸酯都為未來的發展提供了可能。