生物可降解(Biodegradable)材質指的是在特定環境條件下(如微生物、水分和氧氣的作用)可以被分解成天然物質(如水、二氧化碳、甲烷和生物質)的材料。
依據材料的來源,生物可降解材質可以劃分為以下四大類:
生物可降解材質的四大來源分類
1. 天然高分子材料 (Natural Polymers)
這類材料是直接從自然界中的生物體提取、分離或精製而成的,它們本身就存在於自然生態循環中。
- 特性: 具有良好的生物相容性和生物降解性,通常是環保且可持續的。
- 常見範例:
- 多醣類: 澱粉、纖維素、殼聚醣(Chitosan)、海藻酸鹽(Alginate)。
- 蛋白質類: 明膠(Gelatin)、酪蛋白(Casein)、膠原蛋白。
- 聚酯類: 聚羥基丁酸酯 (PHB) 等(雖然PHB是微生物合成,但因其天然來源常被歸於此類或微生物合成類)。
2. 微生物合成高分子材料 (Microbial Synthesized Polymers)
這類材料是通過微生物(細菌)在特定條件下(如發酵)代謝產生的聚合物。這些聚合物通常作為微生物的能量或碳儲備物質。
- 特性: 具有熱塑性,性能接近傳統石化塑膠,且生物降解性極佳。
- 常見範例:
- 聚羥基脂肪酸酯 (PHAs, Polyhydroxyalkanoates): 其中最常見的是聚羥基丁酸酯 (PHB) 和聚羥基丁酸/戊酸酯共聚物 (PHBV)。PHAs 是目前性能最接近聚丙烯 (PP) 的生物可降解材料之一。
3. 生物基單體合成高分子材料 (Polymers Synthesized from Bio-based Monomers)
這類材料的單體(構成聚合物的基本單位)來源於可再生的生物質(如玉米、甘蔗、澱粉等),但聚合過程是通過化學方法完成的。
- 特性: 具有較好的加工性能和廣泛的應用性,但其降解速率和條件會根據其化學結構而異。
- 常見範例:
- 聚乳酸 (PLA, Polylactic Acid): 由植物澱粉發酵產生乳酸單體,再經化學聚合而成。PLA 是目前市場上應用最廣泛的生物可降解塑膠。
- 聚對苯二甲酸/丁二酸丁二醇酯 (PBS, Polybutylene Succinate): 雖然部分單體仍可能來源於石化,但其丁二酸單體可由生物發酵生產。
- 生物基聚乙烯 (Bio-PE): 乙醇(由甘蔗或玉米發酵)經脫水聚合得到,雖然不是生物可降解,但因其生物來源性,常與其他生物基材料並列討論其可持續性。(註:Bio-PE 雖是生物基,但通常被視為不可降解,除非特別說明,但單體來源符合此分類定義。)
4. 石油基但具備生物可降解性的高分子材料 (Petroleum-based but Biodegradable Polymers)
這類材料的單體完全或大部分來源於石油,但它們的分子結構經過設計,使其具備在特定條件下(如堆肥環境)被微生物分解的能力。
- 特性: 解決了傳統塑膠難以降解的問題,且加工性能通常優於純生物基材料。
- 常見範例:
- 聚己二酸/對苯二甲酸丁二醇酯 (PBAT, Polybutylene Adipate Terephthalate): 具有良好的韌性,常被用於製造農用薄膜和購物袋,是目前應用廣泛的生物可降解材料之一。
- 聚己內酯 (PCL, Polycaprolactone): 具有較低的熔點,常與其他材料共混以提高柔韌性和降解速度。
總結簡化:
生物可降解材料的分類,可以簡化理解為兩種維度的交叉:
- 來源: 生物基 vs. 石油基
- 合成方式: 直接提取/微生物合成 vs. 化學合成