合成高分子材料可通過(guò)化學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和相對(duì)分子質(zhì)量調(diào)控實(shí)現(xiàn)對(duì)其功能和性能的調(diào)控甚至定制，從而得以快速發(fā)展和應(yīng)用。現(xiàn)代社會(huì)中合成高分子材料由于可定制的性能、低廉的價(jià)格、易于合成等優(yōu)點(diǎn)受到了人們的廣泛歡迎。

目前絕大部分商品化高分子材料來(lái)自化石燃料如石油、煤炭、天然氣和頁(yè)巖氣等，塑料生產(chǎn)中使用的不可再生資源約占全球石油和天然氣的7%。然而，化石資源是有限的，許多研究預(yù)測(cè)，所有化石資源將在幾個(gè)世紀(jì)內(nèi)枯竭。此外，石油基高分子材料的穩(wěn)定性和耐久性使其在環(huán)境中難以降解，大量塑料廢棄物以垃圾形式存在。材料的低密度使之占據(jù)了掩埋垃圾的高體積分?jǐn)?shù)，造成了嚴(yán)重的白色污染問(wèn)題，加快了垃圾填埋場(chǎng)的枯竭，因此，對(duì)于最終塑料廢棄物的處理仍是困擾人類(lèi)社會(huì)的一大問(wèn)題。

圖1-1列出了一些常見(jiàn)的環(huán)境污染案例，如不采取相關(guān)措施加以控制和解決，這些現(xiàn)象將變得越來(lái)越嚴(yán)重。近年來(lái)，塑料回收利用行業(yè)的興起雖在一定程度上減少了合成高分子材料對(duì)環(huán)境的不利影響，但塑料廢棄物難以高效收集和分類(lèi)、塑料的多組分特點(diǎn)以及再生塑料的性能劣化均嚴(yán)重限制了塑料的回收利用。

土壤污染

圖1-1 白色污染案例

建設(shè)生態(tài)文明的現(xiàn)實(shí)緊迫性、環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)以及綠色經(jīng)濟(jì)的提出，促使人們一方面尋找環(huán)境友好的合成聚合物材料，探索研發(fā)從可持續(xù)的、可再生的原料中提取天然聚合物的新工藝;另一方面采取措施，將高分子材料導(dǎo)致的環(huán)境危害降至最低。為了解決這一問(wèn)題，生物降解高分子材料進(jìn)入了人們的視野。高分子材料的生物降解是通過(guò)細(xì)菌和真菌等微生物酶的分解作用而產(chǎn)生的，高分子材料結(jié)構(gòu)的完整性因相對(duì)分子質(zhì)量的急劇下降而遭到破壞。盡管高分子材料一般具有高相對(duì)分子質(zhì)量和固有的惰性，但實(shí)踐證明，合成和制備可在短時(shí)間內(nèi)大幅降解的聚合物是可能的。第一代生物降解的材料由聚合物與易于被徽生物消耗的材料混合組成。一般來(lái)說(shuō)其是不完全生物降解的。經(jīng)典示例是將淀粉與聚乙烯的混合物制造為可部分生物降解的包裝袋。第二代是嘗試在聚合物主鏈上引人容易受到微生物作用的官能團(tuán)(例如酯鍵)。這類(lèi)材料典型的代表是用于制造花盆的聚已內(nèi)酯以及用于制備纖維的聚對(duì)苯二甲酸-己二酸-丁二醇酯(PBAT)等。第三代是由發(fā)酵罐中生長(zhǎng)的細(xì)菌自然合成的，諸如細(xì)菌纖維素、聚羥基丁酸酯(PHB)之類(lèi)的材料。目前研究認(rèn)為理想的生物降解高分子材料除了生物降解性，還要求其降解產(chǎn)物是無(wú)毒的，且具有合適的力學(xué)性能、加工性能以及經(jīng)濟(jì)可行性。