可生物降解高分子材料的研究與進(jìn)展

金澤康

(安徽理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，安徽 淮南 232000)

可生物降解高分子材料的研究與進(jìn)展

Research and development of biodegradable polymer materials

金澤康

(安徽理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，安徽 淮南 232000)

一直以來，白色污染困擾著人們，也使環(huán)境保護(hù)受到很大的阻礙。人們一直在研究高分子材料的可降解性，期望能夠使高分子能夠快速的降解，以此來減緩環(huán)境的壓力。但部分研究當(dāng)中，已經(jīng)證明一些具有生物降解性能的高分子材料在其使用壽命過后，能夠自主的進(jìn)行降解，從而避免對(duì)環(huán)境的干擾。文章主要討論了聚乙烯這種高分子材料的研究方向和研究進(jìn)展，筆者從其降解原理的角度出發(fā)，深入分析了影響降解的因素，并對(duì)其研究方向和研究進(jìn)展作出了細(xì)致的闡述，期望能夠明確高分子材料的發(fā)展方向。

可生物降解；高分子材料；聚乙烯；研究；進(jìn)展

人們熟知的聚乙烯都是比較難以降解的，其在回收的過程中也會(huì)因?yàn)樘幚聿坏卯?dāng)而對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。一般來說，人們?cè)诨厥站垡蚁┮院螅瑫?huì)采用焚燒的形式來對(duì)其進(jìn)行處理，并在焚燒以后直接掩埋起來。部分被回收的聚乙烯也會(huì)被用于化學(xué)降解并在降解之后與其他的材料混合再造。但該類方法都還是會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生一定的影響。為了避免高分子材料對(duì)環(huán)境帶來的污染，又能使人們正常利用高分子材料，研究人員一直在研究能夠生物降解的高分子材料。

1 高分子材料的可降解原理

在高分子材料的生物降解研究還沒有完成之前，人們了解到的高分子生物降解方式一共有三種。第一種是利用微生物對(duì)高分子材料進(jìn)行侵蝕，促使微生物破壞掉高分子的結(jié)構(gòu)，從而使整個(gè)高分子材料得以降解。第二種方法是化學(xué)降解方法中的一種，但該種方法又處于生物的范疇當(dāng)中。就是利用生物酶的特性來作用在高分子材料當(dāng)中，促使微生物對(duì)高分子的分子鏈造成侵蝕，但該種降解過程中要分為兩個(gè)步驟。第三種降解方法是利用微生物以及聚合物的配合來完成的。在該種方法下的高分子降解不會(huì)使高分子材料完全消失，而是會(huì)在與微生物的作用下產(chǎn)生新的物質(zhì)，該過程比較復(fù)雜，會(huì)出現(xiàn)物理化學(xué)的反映。

2 高分子材料可降解的影響因素

2.1 化學(xué)結(jié)構(gòu)

高分子材料之所以難以被降解，主要是其結(jié)構(gòu)影響到了生物降解的速度和降解性。高分子材料當(dāng)中，其所包含的官能團(tuán)將直接影響到其能否被降解。一般來說，當(dāng)高分子材料能夠具有一定的親水性集團(tuán)，那么在濕度環(huán)境下，該高分子材料將能夠被生物降解。而高分子材料當(dāng)中如果能擁有親水性以及疏水性的聚合物時(shí)，其將更加容易被生物降解。

2.2 聚集態(tài)結(jié)構(gòu)

高分子材料的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)也使影響其能否被生物降解的重要因素。在高分子材料當(dāng)中，當(dāng)其擁有比較具有柔性的鏈結(jié)構(gòu)時(shí)，就代表著該種高分子材料是比較容易被降解的。與之相反，當(dāng)高分子材料中的鏈結(jié)構(gòu)已經(jīng)呈現(xiàn)出有規(guī)律的晶態(tài)結(jié)構(gòu)，那么代表著該種高分子材料比較難以被生物降解。一般來說，生物降解高分子材料都會(huì)根據(jù)其活性酶的反應(yīng)，從而確定其定位并了解其降解的速度。在其聚集態(tài)的結(jié)構(gòu)并不飽和的狀態(tài)下，高分子材料的脂肪族更加容易被生物降解。

2.3 環(huán)境影響

微生物一般會(huì)生長在水中，當(dāng)外部環(huán)境比較潮濕時(shí)，代表著微生物的生長比較順利。很多高分子材料的降解都是依靠與微生物的反應(yīng)才完成的。微生物對(duì)高分子材料具有一定的侵蝕性，會(huì)破壞高分子材料的結(jié)構(gòu)形態(tài)。而溫度較高的情況下，微生物則會(huì)加快活動(dòng)速度，也會(huì)加快對(duì)高分子材料的破壞速度。因此，當(dāng)高分子處于濕度較大且溫度較高的環(huán)境內(nèi)時(shí)，其比較容易被降解，其生物降解的速度也會(huì)增加。

3 高分子材料的可生物降解研究

3.1 工業(yè)領(lǐng)域

通常人們所了解到的可生物降解的高分子材料都是用于工業(yè)制造當(dāng)中，其將被融合到皮革或者是纖維的等產(chǎn)品的制造當(dāng)中。該類高分子材料在經(jīng)過人工的處理以后能夠使人造皮革變得更向天然皮革，促使該類產(chǎn)品具有較高的性價(jià)比。經(jīng)過可生物降解的高分子材料的融入，皮革將更加耐高溫，也能起到防水的效果。經(jīng)過研究人員對(duì)于可生物降解的高分子材料的研究，我國的很多生產(chǎn)企業(yè)當(dāng)中都已經(jīng)將其用于產(chǎn)品的包裝當(dāng)中，只要經(jīng)過不同形式的技術(shù)加工，高分子材料就會(huì)成型為不同形態(tài)的包裝。據(jù)了解，日本某公司已經(jīng)就高分子的該種可生物降解的性能將其用于隔離氧的產(chǎn)品包裝當(dāng)中。

3.2 農(nóng)業(yè)領(lǐng)域

除了在工業(yè)領(lǐng)域當(dāng)中，聚乙烯具有一定的作用，人們也將該種高分子材料用于農(nóng)業(yè)當(dāng)中?，F(xiàn)代農(nóng)業(yè)雖然大部分都以機(jī)械為主，但很多地區(qū)的農(nóng)民在種植水稻之前還是會(huì)親手人工來栽培種苗。這些種苗在栽培的過程中需要保暖的塑料薄膜來幫助種苗隔離低溫?？缮锝到獾木垡蚁┚捅贿\(yùn)用到該種地膜當(dāng)中，以便于當(dāng)中農(nóng)民利用完該種薄膜以后，直接能夠被生物降解掉，不會(huì)形成白色污染。一些用于水稻種子培育的育秧缽、部分農(nóng)藥的外包裝以及農(nóng)產(chǎn)品中的保鮮膜也是用聚乙烯來制作的。在農(nóng)業(yè)當(dāng)中，可生物降解的聚乙烯還能夠被用在肥料當(dāng)中。在環(huán)境允許的情況下，有機(jī)混合肥料當(dāng)中將被融入部分的聚乙烯，從而使其降解生長出來的多余產(chǎn)物，有利于農(nóng)作物的順利生長。而可生物降解的聚乙烯當(dāng)中還具有一定的聚氨基酸，該種物質(zhì)將改良土壤的環(huán)境，與殺蟲劑以及肥料等相互作用，使保護(hù)農(nóng)作物的藥品發(fā)揮最大的功效。

3.3 醫(yī)藥領(lǐng)域

部分可生物降解的聚乙烯材料也被用于醫(yī)藥領(lǐng)域當(dāng)中，聚乙烯中的某種物質(zhì)能夠使藥物釋放得到控制，也能被制作成外科手術(shù)中的縫合線還能用于骨骼的固定工具當(dāng)中。在制藥當(dāng)中，聚乙烯將成為藥物的載體，促進(jìn)一些藥物的反應(yīng)生成，從而使人體的新陳代謝加快，加速藥物的吸收速度，使藥物的藥效更加明顯。在外科手術(shù)當(dāng)中，可生物降解性質(zhì)的聚乙烯所制成的手術(shù)縫合線能夠在手術(shù)完成以后幫助傷口愈合，并在傷口愈合以后自行降解，不需要患者再到醫(yī)院當(dāng)中進(jìn)行拆線。而用于固定材料中的聚乙烯則主要是避免患者的痛苦。醫(yī)院當(dāng)中的骨科病人由于骨頭的斷裂或者是錯(cuò)位需要運(yùn)用一些固定材料來幫助骨頭正確的歸位。但一般的骨骼固定材料都是鋼釘?shù)?，病人在使用該種固定材料會(huì)出現(xiàn)一定的安全隱患，很有可能會(huì)存在骨質(zhì)疏松的后果。在采用可生物降解性質(zhì)的高分子固定材料出現(xiàn)以后，患者的骨骼愈合之時(shí)，固定材料也能在生物降解的作用下自動(dòng)降解，避免了骨質(zhì)疏松癥狀的出現(xiàn)。而采用該種材料的固定材料還能夠避免傷口的感染，組織細(xì)胞的生長，促使骨骼的增長更為順利。

4 結(jié)論

目前狀態(tài)下具有可生物降解性質(zhì)的高分子材料還處于研究狀態(tài)，但經(jīng)過研究人員的確定和分析，其認(rèn)為高分子材料將會(huì)有非常廣闊的發(fā)展空間，人們將更加歡迎和鼓勵(lì)具有生物降解性能的高分子材料進(jìn)入到人們的日常生活當(dāng)中。人們能夠了解到該種高分子材料的使用能夠有效的環(huán)節(jié)一些無法降解的材料所制成的包裝對(duì)環(huán)境造成的污染，也能夠從一定程度上環(huán)節(jié)我國的石油危機(jī)。盡管現(xiàn)在的高分子材料要比傳統(tǒng)材料的價(jià)格要昂貴，但在經(jīng)過研究人員的設(shè)計(jì)以后，其能夠在特殊的領(lǐng)域當(dāng)中發(fā)揮其效用。在未來，具有生物降解性能的高分子材料將集中研究方向，研究人員將致力于研究高分子材料的降解速度，并且平和其與其他材料之間的壽命關(guān)系。研究人員也將找出可生物降解性能的高分子材料的其他合成方法并且期望能夠降低高分子材料的成本，從而擴(kuò)展其使用的空間。

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TQ325.12

1009-797X(2016)24-0027-02

B

10.13520/j.cnki.rpte.2016.24.007

金澤康（1995-），男，學(xué)生，研究方向高分子材料與工程。

2016-11-18