I materiali plastici biodegradabili sono caratterizzati dal fatto di degradarsi per azione dei microorganismi, quando vengono esposti all'azione dei fattori ambientali, con un conseguente vantaggio sotto l'aspetto ecologico.

I polimeri attualmente utilizzati nell’industria non sono però facilmente biodegradabili, in quanto in genere sono ottenuti con elevati pesi molecolari e con strutture molecolari che non consentono l'ingerimento di tali composti da parte dei microorganismi.

Molti polimeri conosciuti sono tuttavia sensibili all'azione dei raggi ultravioletti, i quali determinano la degradazione mediante reazione radicalica della molecola polimerica. La degradazione fotochimica non causa però, a differenza di quella determinata dai microorganismi, la distruzione della molecola polimerica, ma porta alla formazione di molecole di peso molecolare intermedio il cui effetto negativo sull'ambiente circostante è talvolta ancora notevole.

I polimeri biodegradabili presentano invece la caratteristica di degradarsi in maniera rilevante nel tempo. Essi si dividono in polimeri parzialmente degradabili e in quelli che si degradano invece completamente. Tra i primi figurano prodotti contenenti molecole di amido che vengono attaccate dai microorganismi per cui rimane il materiale plastico in forma spezzettata che si riduce gradualmente di dimensioni nel tempo, anche se non si degrada mai completamente. Tra i secondi figurano polimeri che vengono trasformati nelle molecole finali di anidride carbonica, acqua e in biomassa mediante degradazione per azione idrolitica o di microorganismi, o demolizione ossidativa in un punto specifico della catena principale del polimero, con formazione quindi di molecole non tossiche e non accumulabili in natura.

Un grande impulso al consumo dei polimeri biodegradabili potrà essere dato dalle nuove tecniche biotecnologiche che consentono di ottenere con rese vantaggiose polimeri di elevata specificità strutturale già predisposti per una successiva azione biologica di degradazione.

Una classe particolarmente importante di polimeri completamente biodegradabili è quella dei poliidrossialcanoati (PHA), con circa cento tipi diversi di polimeri tra cui il poliidrossibutirrato è attualmente il più noto. Da rilevare che il poliidrossibutirrato (PHB) è noto fino dal 1925, molto prima dei materiali polimerici di largo consumo come il polietilene, il PVC e altri importanti polimeri. Il PHB è prodotto in natura da vari tipi di microorganismi; in periodi di carestia i microorganismi possono così demolire la molecola di PHB, praticamente ingerendo il materiale degradato per sopravvivere, analogamente al ricorso ai tessuti adiposi da parte dell’organismo umano e degli animali.

Negli anni Ottanta sono stati messi a punto perciò metodi biotecnologici fondamentali per sintetizzare i PHA in maniera efficiente, isolando geni capaci di sintetizzare con rese sensibilmente migliorate PHA, compreso il PHB. In particolare, geni responsabili della sintesi del PHB sono stati trasferiti da un tipo di battero in un altro che normalmente non sintetizza il PHB, consentendo in tal modo la prima produzione transgenica di PHB.

Tale tipo di sintesi biotecnologica è stato esteso agli altri tipi di PHA trasferendo geni responsabili della sintesi dei PHA nel batterio Escherichia Coli K12 sviluppando nel contempo condizioni adatte per la nuova specie transgenica, con conseguente produzione a rese più elevate di PHA.

In particolare i PHA vengono ottenuti da anidride carbonica e acqua per fotosintesi, sia indirettamente per fermentazione batterica di zuccheri, specialmente destrosio, ed è questa attualmente la via biotecnologica più sviluppata, sia con tecniche di bioingegneria direttamente su coltivazioni di piante indirizzando composti precursori chimici come l’acetilcoenzima A, utilizzato nelle piante per formare gli olii, alla produzione di PHA che tra l’altro sono ben tollerati dalle piante stesse essendo stabili, non tossici e non influenzando il pH intracellulare o l’assorbimento di acqua. Lo sviluppo delle piante transgeniche è legato alle rese che si potranno ottenere in termini di PHA ottenuti. Se si potranno mantenere le rese che si ottengono nelle coltivazioni di piante di semi di olio anche per la produzione di PHA, queste tecniche di bioingegneria potranno avere un notevole sviluppo a costi accettabili. Per esempio, coltivando 106 ettari di terreno con tali piante utilizzando le tecniche di bioingegneria, è possibile ottenere già una produzione di circa 375.000 tonnellate di materia plastica biodegradabile. I microorganismi utilizzati producono ciascuno PHA mediante via biosintetica specifica per ogni PHA. Analogamente a quanto avviene per i polimeri industriali tradizionali, i microorganismi portano le molecole dei monomeri in contatto e catalizzano la formazione di PHA per policondensazione testa-coda con liberazione di acqua. I polimeri biodegradabili risultanti hanno in genere catene molecolari costituite da 1000 fino a 10000 unità monomeriche polimerizzate.

La molecola base di un PHA è un 3-idrossi-acido, anche se vengono talvolta incorporati nella molecola del polimero anche 4-, 5- e 6-idrossiacidi al fine di ottenere caratteristiche particolari del materiale.

Una proprietà importante di tutti questi materiali polimerici biodegradabili è data dal fatto che essi, malgrado la loro biodegradabilità, possono essere lavorati alla pari degli altri polimeri termoplastici. Inoltre possiedono una buona stabilità allo stoccaggio e buona resistenza all’acqua e all’umidità.

In particolare, il PHB possiede proprietà meccaniche simili a quelle del polistirolo e del polipropilene, migliori caratteristiche di impermeabilità all’ossigeno rispetto al polietilentereftalato, resistenza alla temperatura fino a 130° C, e migliore stabilità ai raggi ultravioletti rispetto al polipropilene.

I polimeri biodegradabili vengono vantaggiosamente impiegati soprattutto nell’imballaggio dei prodotti alimentari, e dei prodotti per l'igiene e degli articoli usa-e-getta

Oltre ai PHA che trovano impiego per imballaggi e film ottenuti per stampaggio a iniezione e per estrusione, vanno menzionati tra i polimeri biodegradabili anche l’acetato di cellulosa, il policaprolattone, facilmente estrudibile, i polilattidi, usati per imballaggi nel settore medico, il polivinilalcole usato per imballaggi solubili in acqua e varie miscele di amidi e composti polimerici sintetici e naturali.

Uno sviluppo più generalizzato di questi materiali è naturalmente legato direttamente alla evoluzione della coscienza ecologica delle comunità che richiedono un sempre maggior impegno tecnologico volto a eliminare il deterioramento della natura dovuto agli accumuli dei rifiuti plastici sul territorio.