随着社会经济的快速发展，塑料以其质轻价廉等优势，在日常生活和工业生产等领域应用越来越广泛。据统计，2019年全球塑料产量达到4亿吨，并且其产量持续增长[1]。然而，多数常用的塑料如聚乙烯、聚丙烯以及聚氯乙烯等几乎难以降解，对地球的生态环境造成极大污染[2]。改善上述问题主要有以下几种方式：（1）填埋塑料。然而土地有限，同时填埋也会对土地造成一定程度的污染。（2）塑料回收再利用。而可回收利用的塑料较少，无法起有效作用。(3)使用可降解塑料。可降解塑料是具有降解功能的一种高分子材料，其使用功能与普通塑料相似，而使用完毕可以通过光线、微生物、热氧等作用下较快速地降解，被转化为二氧化碳和水，对减轻塑料的“白色污染”起重要作用[3]。本研究介绍可降解塑料的种类与应用进展，对可降解塑料的发展进行总结与展望。1可降解塑料分类及降解机理按照不同的降解机理，可降解塑料可以分为生物降解塑料、光降解塑料以及光⁃生物可降解塑料[4]。对于生物降解塑料，细菌、真菌等微生物分泌水解酶，将生物降解塑料分子链切断，得到低分子量塑料，这些小分子量链段可被微生物摄入体内，经过代谢作用，最终被分解为水和二氧化碳。光降解塑料中一般含有光敏剂，其可以在紫外线的照射下吸收能量产生自由基，诱发聚合物分子链的氧化反应使分子链断裂，发生降解反应。光-生物可降解塑既可以通过生物降解，也可以通过光降解。2生物降解塑料生物降解塑料是指可以被自然界中的细菌和霉菌等微生物降解的塑料，多数生物降解塑料对光、热氧以及水等没有特殊要求[5]。按照是否可以被完全降解，生物降解塑料可以分为不完全生物降解塑料和全生物降解塑料[6]。前者多数为淀粉基塑料、纤维素基塑料、天然材料与高分子材料共聚或共混形成的塑料，不能够被微生物完全降解。后者多数由天然高分子或其改性制备，可以被完全降解为水和二氧化碳。按照材料的制备原料，可以分成化学合成型、共混型、天然型以及微生物合成型可降解塑料。2.1化学合成型可降解塑料化学合成型可降解塑料主要包含脂肪族的聚酯、共聚酯、聚碳酸酯等，如聚己内酯(PCL)，聚乳酸(PLA)以及聚丁二酸丁二酯(PBS)等。PLA是可被微生物分解为水和二氧化碳，是一种全生物降解塑料[7-8]。刘文龙等[9]分别将淀粉、羧甲基纤维素钠(CMC)、聚乙二醇(PEG)添加到PLA，制备PLA复合膜，并研究3种添加物对PLA降解性能的影响。结果表明：3种添加物均有利于PLA降解，且添加PEG的降解效果较好。磷酸盐缓冲溶液中，纯PLA在70 d后降解率小于3%，而PEG的添加量为5%的PLA同等时间后降解率显著提高至46%。PCL由己内酯开环聚合得到，是一种可降解的低熔点半结晶塑料[10]。PCL主要通过真菌与细菌的作用下实现降解，例如短密青霉真菌、铜绿假单胞菌等[11-12]。周行贵等[13]研究PCL多元醇在PLA热熔胶合成的应用。结果表明：PCL多元醇具有调节黏度以及增塑的作用，并且制备的热熔胶还具备较好的生物降解性能，降解率超过70%，有望运用于绿色环保快递包装盒子。PBS的合成原料可以通过生物质资源发酵或者通过石油获得[14]。PBS由较易降解的酯键以及柔性脂肪烃构成，其力学性能较优，可以作为某些结构材料。胡雪岩等[15]研究角质酶对PBS的降解作用，探究PBS的酶促降解行为。结果表明：16 h降解下，PBS失重率超过90%。在合适的降解条件（酶浓度2.5 U/mL，实验温度37 ℃，pH值7.4）下，PBS经16 h降解失重率可达到93.9%。2.2共混型可降解塑料共混型可降解塑料一般由两种及以上的塑料混合而成，并且至少有一种塑料可以被生物降解[16-17]。可降解塑料通过共混可以改善其不足之处，制备综合性能更优异的可降解塑料。聚-L-丙交酯-己内酯(PLCL)的力学性能较好，但是加工流动性较差；左旋聚乳酸(PLLA)则可塑性强，较易于加工，两者共混有助于形成优势互补。王自强等[18]将PLCL与PLLA共混，研究3D打印PLCL/PLLA共混塑料的降解性能。结果表明：共混塑料具有较好的降解性能，且随着PLCL添加量的增加，降解速率逐渐提高。纯PLLA在60 d后降解率为40%，m(PLCL)∶m(PLLA)为60∶40时降解率可提高至72%。常志鹏[19]研究竹粉以及淀粉对PBS的降解作用。结果表明：竹粉以及淀粉均可以加速PBS的降解。纯PBS薄膜在降解20 d后失重率为1.5%，而PBS/20%竹粉的失重率则提高至4.2%。降解40 d条件下，PBS/30%淀粉的降解率提高至15.7%。刘逸涵等[20]将碳酸钙改性得到铝酸酯碳酸钙(Al-CaCO3)，并研究其对PLA降解性能的影响。结果表明：Al-CaCO3可极大地提高PLA的降解性能。纯PLA在8 d内仅降解约20%，而Al-CaCO3添加量在30%以上时，可在3 d内使PLA完全降解，有利于材料的应用和家庭与工业堆肥。Hu等[21]以过氧化苯甲酰(BPO)为交联剂，对PBS和PLA共混物进行改性。BPO的加入可以使PBS/PLA的相容性得到改善。BPO的添加量为1%时，可以使共混物的断裂伸长率提高至近400%。同时，BPO的加入也改善PBS/PLA的结晶，促进其完全分解。蛋白酶降解96 h后，共混物的降解率可达67%。2.3天然型可降解塑料天然型可降解材料具有来源丰富、价格便宜等特点，主要包括淀粉、木质素、纤维素、甲壳素等[22-23]。淀粉是一种多糖化合物，广泛存在玉米、马铃薯以及甜菜等植物中[24]。淀粉基可降解塑料由于分布广泛、价廉以及降解较容易等特点，应用较广泛。左晶晶等[25]将淀粉和聚乙醇酸复合，并研究其降解性能。纯聚乙醇酸降解速度较慢，降解60 d后质量损失率仅1.57%，淀粉的加入可以加速材料的降解，淀粉/聚乙醇酸复合材料在同等降解时间后，质量损失率大幅提高至30.67%。纤维素也是一种可再生资源，由于纤维素同样含有大量的羟基，其强度较高，难以被消化，但可以被一些特定的微生物分解[26]。Anand等[27]从花生壳中提取纤维素，并研究其在食品包装用琼脂基复合膜中的应用。结果表明：纤维素的加入不仅提高复合膜的力学性能，对复合膜的降解具有加速作用。降解40 d后，复合膜的降解率可达26.4%。木质素在地球上含量丰富并且价格比较便宜，是结构较为复杂的三维有机聚合物，由多种苯丙烷单体聚合而成，木质素的生物降解可以由真菌和细菌降解完成[28-30]。赵秀云等[31]以堆肥实验研究木质素的降解特性。结果表明：木质素主要由木质素降解酶降解，且该过程比较缓慢，降解进行1~2个月，降解率为20%~50%。温度以及环境对降解具有重要作用，在35~45 ℃的温度以及偏酸性的环境中更利于木质素的降解。甲壳素是一种海洋生物类资源，主要存在海洋动物的壳中[32-33]。甲壳素具有难以溶解和熔融的特性而难以应用，其可在碱性条件下处理得到壳聚糖，可用于食品包装、添加剂、纱布等。刘夕升等[34]将改性壳聚糖加入水凝胶，结果表明：当改性壳聚糖添加量为30%，水凝胶具有较好的温敏性和溶胀性能，且降解性能提高。实验温度为40 ℃，pH值为5.0时，其在纤维素酶溶液中降解16 h后，降解率可达到60.8%。2.4微生物合成型可降解塑料微生物合成型可降解塑料主要包含聚酯如聚羟基丁酸酯(PHB)、聚羟基戊酸酯(PHV)等[35]。该类型可降解塑料绿色环保且生物相容性较好，但脆性较大、生产成本较高，商业化生产较少。陶剑等[36]将羟基丁酸酯与羟基戊酸酯共聚物(PHBV)与PLA、聚碳酸亚丙酯(PPC)共混。结果表明：三者部分相容，PLA可以增加材料强度，PPC可以增加材料的断裂伸长，PHBV有助于提高材料的降解性能。当m(PLA)∶m(PPC)∶m(PHBV)为20∶20∶60，材料具有较佳的降解性能，降解30 d后，质量保持率低至42%。3光降解塑料光降解塑料可以在太阳光照射下发生降解。光降解塑料中一般含有光敏剂，其在紫外线照射下吸收能量产生自由基，诱发聚合物分子链的氧化反应使分子链断裂，发生降解反应[37]。光降解塑料主要包含添加型和共聚型。3.1添加型可降解塑料添加型光降解塑料在光的作用下光敏剂发生解离形成活性较高的自由基引发塑料降解。添加型光降解塑料的光敏剂可以是无机物如二氧化钛(TiO2)、氧化锌(ZnO)等，也可以是有机物如二苯甲酮、萘等。添加型光降解塑料加工和制备较方便，适用塑料范围较广。Najafi等[38]对比TiO2以及聚苯胺改性TiO2对聚氯乙烯(PVC)降解的影响。结果表明：改性TiO2对PVC降解的促进作用更大。同等紫外线照射720 h条件下，纯PVC的质量仅下降12%，而TiO2/PVC的质量则下降至45%。聚苯胺能够促进电子空穴对的生成与转移，从而促进PVC降解。含改性TiO2的PVC在同等实验条件下质量降低67%，促进效果明显。Sil等[39]对比ZnO/PVC膜在不同光照环境下的降解速度。结果表明：纯PVC降解最慢，紫外光照射1.5 h降解率仅为2%，阳光照射下为4.5%。同等照射时间下，紫外光照射的ZnO/PVC膜的最大降解率达到6%，而阳光照射下可达14.2%，这是由于阳光照射强度更高，ZnO在强光下更易于激活，促进PVC降解。杨根玲[40]研究不同的光降解剂硬脂酸混合稀土(ReSt3)、硬脂酸铈(CeSt4)、硬脂酸铁(FeSt3)对线型低密度聚乙烯(LLDPE)力学性能的影响。结果表明：无光照时3种光降解剂对LLDPE的力学性能影响均较小，保证LLDPE的使用性能。在光照初期，由于交联反应的存在，可以使LLDPE的力学性能略有提高。随着光照时间的增加，材料的力学性能均明显下降，其中0.4%的FeSt3在168 h照射下，可使材料的拉伸强度从8.19 MPa降至6.14 MPa，降解效果最好。王艳霞[41]将芳基三唑光降解剂加入低密度聚乙烯(LDPE)中制成薄膜。结果表明：芳基三唑合适的添加量为0.3%，光照180 h，其拉伸强度下降16.5%，断裂伸长率下降56%。Mw从10 043降至7 560，下降24.7%。芳基三唑对LDPE的降解促进效果较明显，以该法制备的LDPE薄膜具有良好的光降解性能。3.2共聚型可降解塑料共聚型可光降解材料一般含有光敏基团如羰基、乙烯基、炔基等，这些基团可以通过吸收光线发生电子跃迁，转为激发态，引起分子链的反应与断裂，造成塑料降解[42]。共聚型光降解塑料制备工艺较复杂，生产成本较高，应用范围比添加型光降解塑料小。乙烯-一氧化碳共聚物(E/CO)是较有代表性的光降解塑料。该塑料中CO的含量为0.5%~2%，该塑料制品废弃后可以逐渐被太阳光降解[43]。E/CO的降解源于其在共聚过程中形成羰基，且随着羰基含量的增加，E/CO的降解速度加快。聚碳酸酯(PC)中含的羰基可以在光照下发生Norrish反应，生成自由基引发PC分子链断裂和降解。同时，PC在光照时还可以发生光-弗里斯重排反应，对其降解起辅助作用。周从恒等[44]研究发现：PC光氧老化降解后产生双酚Ａ，降低热稳定性，PC老化后先发生光氧降解，后期发生交联。老化240 h，其拉伸强度从68 MPa增至71 MPa，后趋于稳定，断裂拉伸应变和冲击强度呈现先下降后趋于稳定的趋势。240 h后其断裂拉伸应变低于96%，冲击强度从14.4 kJ/m2降至8.5 kJ/m2。Sultane等[45]采用可逆加成断裂链转移(RAFT)方法合成金刚烷乙烯基酮(AVK)及其共聚物，并合成AVK与甲基丙烯酸甲酯的无规嵌段共聚物。结果表明：对于该类共聚物，在不添加引发剂的情况下进行聚合反应是可行的。该类无规共聚物可在紫外光下完全降解。共聚物的立体电子效应通过Norrish I型途径光降解，并在分解过程中保持聚合物的主链。4光-生物可降解塑料光-生物可降解塑料既可以通过光或生物进行降解，是一种复合型塑料，既克服可降解塑料对光照的依赖性，又简化生物降解塑料的制备流程，成为当前可降解塑料的主要开发方向之一。光-生物可降解塑料有合成型与混掺型，前者研究与生产成本较高，相关报道较少。当前研究得较多的为后者。Han等[46]制备光-生物可降解聚乳酸/壳聚糖/二硫化钼(PLA/CS/MoS2)复合膜。结果表明：PLA/CS/MoS2复合膜能有效吸收可见光，并伴有光致发光。通过控制MoS2的添加量，可以控制薄膜的降解速率。在可见光照射8 d后，含5% MoS2的PLA/CS/MoS2复合膜失重率可达22%，远远高于PLA/CS薄膜。杨薇[47]以高比表面积的改性TiO2作为光助氧剂，研究其对LDPE薄膜的光催化氧化-生物降解的性能。结果表明：在紫外光照射792 h后，复合薄膜的最佳降解性能为：降解失重率达92.85%，Mw下降98.4%。光降解后的碎片堆肥180 d后矿化率达到21%，表明其同时具有良好生物降解性能。5结论当前可降解塑料的种类丰富，应用范围逐渐广泛，在日常生活、农业、医药等领域均有应用。可降解塑料对减轻“白色污染”，改善生态环境起重要作用。近年来高性能可降解塑料的研究已经取得较大进展。然而目前可降解塑料还有以下问题需要解决：（1）可降解塑料可控较差，需要改进分子结构与配方，研究降解可控的塑料。（2）可降解塑料成本较高，需要继续研究成本与普通塑料相近的可降解塑料。（3）研究可与其他塑料共混的可降解塑料，扩大可降解塑料的种类，以扩大其应用领域。全世界普遍关注保护环境的大趋势下，可降解塑料的研究将会受到更多的关注，将会开发更多性能更好、价格更低廉的可降解塑料。