【科普】生物降解塑料是如何降解的？
生物降解塑料多具有以下性质：含有酯基、羧基、羟基等活性基团，有一定的亲水性。生物降解材料在化学或生物分解的作用下裂解成分子量相对较小的链段，最终降解为小分子化合物，为微生物所吞噬降解。生物可降解高分子材料指的主要是生物可降解性聚酯类材料，如聚-β-羟丁酸（PHB）、聚乳酸（PLA）、聚乙醇酸（PGA）等。其主链大都是由易水解的酯键连接而成的聚酯结构单元，在自然界中易于发生水解作用，或是被多种微生物或动植物体内酶分解、代谢，最终形成二氧化碳和水。
生物降解过程和大多数聚合材料的降解历程基本相似，首先是大分子链断裂。降解的开始常是因为水分子攻击分子链而导致的聚合物结构水解。高分子链断裂生成小分子片段后，树脂的表面积增大，自然界的微生物通过酶解作用逐渐占有主导地位。生物降解的范围很广，包括发生在体内外各种类型的代谢过程和降解过程。
生物降解塑料就是利用自然界微生物的作用降解的降解性塑料。微生物是指体型微小、构造简单，种类多样的微小生物，主要有细菌、霉菌、酵母菌、支原体、病毒、放线菌、藻类和病毒等。理想的生物降解塑料，能够在微生物作用下逐步降解，直到最终分解为二氧化碳和水。而实际上塑料的微生物降解是微生物分泌的酶的作用结果。
降解过程通过两个方面体现，本体降解和表面降解。本体降解是水分子通过渗透作用进入材料的内部，降解发生在整个聚合物材料中。而表面降解是降解开始于材料的表面，表现为材料表面出现缺陷、机械性能损失。从降解主体来分，主要是酶催化水解和化学水解。酶催化水解的催化特点是具有专一性和高效性。酶催化效应对于一些天然聚合物的作用特别明显。少数水溶性合成高分子也可被酶催化降解，例如聚乙烯醇（PVA）。在酶解过程中，反应体系的粘度是影响降解速率的关键因素。化学水解是生物降解高分子降解过程中最常见的，影响化学水解的主要因素也比较复杂，如聚合物的结晶度、分子量、水的吸取率、体系的pH、化学键的类型和共聚物的组成等。
微生物降解只是降解过程的一个关键步骤，材料从聚合物降解成水和二氧化碳需要经过许多过程，许多内在和外部的条件都能影响降解过程。其中内在因素包括材料自身的结构、聚合物分子量、材料的结晶程度、材料的亲疏水性，外部条件包括环境温度、光照、湿度、含氧量、pH 值、其它有机质含量、微生物等。
材料自身的结构既可以决定其能否被降解，也可以决定其被降解的速度。例如在相同条件下，PBAT结构中对苯二甲酸含量越高则降解速度越慢，反之则越快，这是因为苯环上的酯键更难被水解。因此，可以通过调节聚合物链中苯环的含量来调节其固有的降解性能。聚合物的分子量也可以直接影响材料的降解速度，本身降解过程就是分子量由大变小的过程，初始分子量越大则需要的降解时间越长。材料的结晶程度不仅能影响材料的机械性能，更能影响材料的降解性能，由于材料的结晶区比非晶区更加规整、稳定，水分子更难进入结晶区的内部结构，导致其水解速度更慢，后续的降解过程也更加缓慢。在材料的降解过程中，一般是非晶区部分先降解，最后再降解结晶区。因此在材料结构、分子量相同的条件下，可以通过加工过程控制成型后材料的结晶程度来获得不同的降解性能。另外，材料的亲、疏水性也是影响其降解性能的重要因素，由于绝大部分材料在降解的过程中都是需要先水解成较小分子量的聚合物片段，因此材料疏水性越强，水解的速度越慢，进而减慢材料后续的降解速度。反之，材料的亲水性越好，则越有利于材料的降解。
除了材料本身固有的性质，外界环境条件对材料的降解过程也是至关重要。我们既可以通过控制外界环境条件抑制材料的降解，也可以控制合适的条件加速材料的降解。首先，温度和湿度不仅会影响聚合物的水解速度（温、湿度越高，水解速度越快），还会影响微生物降解材料的速度。另外，环境中水分的 pH也会从两个方面影响材料的降解过程，偏酸或偏碱环境都会加速材料的水解，但过酸或过碱的环境都会影响微生物的生长，并且特定的降解菌株都需要合适的pH 值范围。
就这样，生物降解塑料在内外因素的共同作用下，最终实现从高分子材料向小分子物质的转变，完成降解全过程。
