生物降解高分子材料研究与进展

汪浩（池州学院，安徽 池州 247100）

生物降解高分子材料研究与进展

汪浩（池州学院，安徽 池州 247100）

高分子材料未来研究的方向应当是可以降解的，无法降解的高分子材料会污染环境，久而久之形成大量的环境垃圾，与我国社会经济可持续发展的目标相悖。本文从生物降解高分子材料谈起，分析了生物降解高分子材料的特点、降解机理、制备方法及应用现状。

生物；降解；高分子材料

生物降解高分子材料除了可以消毒，保持稳定的化学、物理和机械性能以外，还有这容易分解，不容易污染环境的特点。因此，未来生物降解高分子材料是一大发展重点，它能够维持生态环境的可持续发展。

1 生物降解材料的特点以及降解机理

1.1 生物降解材料的特点

生物降解高分子材料对环境的保护主要体现在：（1）相比起普通的塑料来，生物降解高分子材料无需花费如此之长的降解时间；（2）生物相容性好；（3）生物降解高分子材料在降解时没有出现任何的重金属污染；（4）在降解之后可以二次利用，且可以作为肥料填埋不污染环境；（3）生物降解高分子材料不会产生致畸或致癌的废气。

1.2 生物降解材料的降解机理

（1）生物降解作用。生物降解是从有机生物转化为无机矿物质的生物矿化过程。通常而言，由于材料的水溶性随着不断增多的分子量会减少，从而微生物在降解的过程中会由于无法穿透细胞膜而不能顺利将其降解，因此材料对微生物有一定的阻碍作用。微生物中的降解酶将结构复杂的高分子材料降解为小分子短链，以便穿过微生物细胞的半透膜,被其体内的酶降解,作为微生物生长所需要的底物，之后微生物通过有氧代谢途径生成CO2、H2O、少量无机副产物。

（2）化学作用。在材料分子的周遭环境中，会存在着许许多多的影响材料分子变化的化学条件，如湿度变化、酸碱值的改变、水分因子的影响等等，这时分子间随着这些环境中的化学因素而导致价键断裂，从而在降解过程中的化合物会受到更深层次的影响。

（3）物理作用。环境中也存在着诸多物理因素来影响材料的机械性能和表面特性，如冷热变化、温度变化、自然中的辐射和人工辐射、光的影响等等。例如，聚合物降解时如果要利用光敏度则必须吸收紫外线，然后活化、氧化在降解，这也是通过自然辐射来影响聚合物降解的一种表现，

2 生物降解高分子材料的制备方法与研究

2.1 天然高分子改性法

在自然界中，存在一些天然高分子容易被生物降解，如甲壳素、纤维素和淀粉等，但是在加工成型的过程中由于材料的力学和热血性能不佳，因此可以通过改性或者共混的方式来合成生物降解高分子材料。曾经有学者在研究中提到，将大豆蛋白、淀粉和胶原蛋白（取自兽皮）共混成为了一种生物降解高分子混合膜，生物稳定性较佳，环境相容性好。

2.2 微生物发酵法

微生物以某些有机物(葡萄糖或淀粉类)为食物源，通过吸收与发酵合成聚酝或聚糖类高分子，但分离微生物发酵合成的产物有一定困难，且有一些副产品。聚经基脂肪酸酝(PHA)是制备生物降解塑料的可再生原料，具有明显的生物降解性和相容性。聚经基丁酸酝(PHB)在PHA研究中最为广泛。

2.3 化学一酶合成法

酶促合成法具有高度专一性及立体选择性，而化学合成则能有效提高聚合物的分子质量，有研究者将酶促法与化学法结合，用来合成生物可降解高分子材料。有研究者利用化学一酶法成功制备了新型生物基质的以双酚和三酚为单体的高分子多功能积木。

3 可生物降解高分子材料的应用现状

3.1 工业应用现状

在工业应用上，生物降解高分子材料在餐饮包装行业可以用于食品包装膜，在加工工业上可以用来制成纤维、皮革等材料。处理过后的生物降解高分子材料具备着色性能好、不易污染、防治化学药品腐蚀、防水耐热的性能。具体而言，主要有PHB及聚羟基丁酸戊酯、壳聚糖、甲壳素等。另外，在豆胚芽和海草等天然原料中，日本人利用其中的多糖类成分职称了大量用于调味品、药品上的包装薄膜，不但质地轻薄还相当环保，不会造成环境污染。

3.2 农业应用现状

在农业应用上，生物降解高分子材料在应用上主要有壳聚糖类、甲壳素等材料，不仅可以制成保鲜膜、包装袋、地膜等外包装物品，还能在废弃不用时不污染环境，在地下可以经过一系列的化学降解变化形成二次可以利用的肥料，改良土壤环境，促进植物生长，提高农作物的成活率，并减少杀虫剂和除草剂的使用频率，不可不谓之环保材料。

3.3 医药领域应用

在医药领域，生物降解高分子材料主要应用在组织工程材料、骨内固定、外科手术缝合线、药物控制释放载体等方面。

生物降解高分子材料能够在组织工程材料上，将PLA和共聚物移植生长细胞或者组织器官，从而不断发育成为新的可用组织；在骨内固定方面，聚匕一乳酸、PGA可以将骨生长调节蛋白、骨生长因子或抗生素等放置到正在进行治疗的骨质疏松症中，从而加速愈合并防止再次感染；在外科手术中，生物降解高分子材料中的PLA和PGA等材料制成的缝合线可以被人体充分的吸收后殆尽，并不会留下痕迹；在药物控制释放体系中作为载体来形成聚合物，且可以适应人体。

3.4 其他应用

生物降解高分子材料在其他领域的应用也很广泛，例如园艺园林、一次性用品、手套鞋套、化妆品等领域都逐步开始运用生物降解高分子材料作为辅助材料，生态而环保。

4 结语

综上所述，生物降解高分子材料现如今已经运用到了工业、农业、医药领域、园艺、一次性用品等领域中，并受到了一直推崇。由于生物降解高分子材料具备环境友好性，能够及时降解并被二次利用，相信在未来的应用当中会有着越来越多的发展前景。

[1]陈晓蕾,王鲁民,石建高,史航,汤振明,刘永利.水相环境中生物可降解高分子材料的研究进展[J].海洋渔业,2009,01:106-112.

[2]崔西华,王婷婷,姚甲彬,丛海林.生物降解高分子材料及其生物降解能力评价方法研究进展[J].化工新型材料,2014,07: 3-5.

[3]曾超,张乃文,任杰.生物可降解高分子形状记忆合金的研究和进展[J].科学通报,2011,19:1497-1508.

[4]李延垒.生物降解高分子材料分析及应用研究[J].化工管理,2016,16:85-86.

汪浩（1995-），男，安徽滁州人，池州学院，本科。