淺析對生物降解高分子材料的研究

桂紅

摘 要：高分子材料是科技高速發(fā)展的產(chǎn)物——大分子材料，引因其性質(zhì)：不易腐蝕、穩(wěn)定；符合當(dāng)代生產(chǎn)的需求，特別是資源愈發(fā)消耗嚴重的21世紀(jì)，更是起到不可替代的作用，而其高產(chǎn)量、可塑性強而受到廣大生產(chǎn)的青睞。但矛盾也就很快凸顯出來——高分子材料不易降解，對自然環(huán)境帶來的破壞、污染更是超出了其帶來的益處。目前處理高分子材料的方法有許多，但大多數(shù)都缺乏科學(xué)技術(shù)的指導(dǎo)，其中有填埋法、焚燒法等方法，填埋法對土壤的污染非常明顯，容易造成農(nóng)作物吸收困難的情況；而焚燒高分子材料對大氣的污染與破壞巨大及釋放的有毒氣體對動物人體的傷害極大。所以如何科學(xué)地降解高分子材料顯得尤為重要，其中以生物降解最為科學(xué)、有效。

關(guān)鍵詞：高分子材料污染降解；生物降解；處理高分子材料

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.16.224

1 生物降解高分子材料的意義

世界的快速發(fā)展必將導(dǎo)致資源的大量消耗，所以有各種各樣的新材料。其中，聚合物材料是最有希望的一類材料，它具有多種優(yōu)異的特點，易于修飾，可以得到最好的產(chǎn)品，所以在各個行業(yè)都占有相當(dāng)大的比例。但問題也出現(xiàn)了，因為不容易分解，所以對環(huán)境造成很大的污染。

生物降解聚合材料是指特定的環(huán)境條件，在一些環(huán)境因素如微生物氧，光，水，風(fēng)等等的機械力的作用下，可使其化學(xué)結(jié)構(gòu)在相對較短的時間內(nèi)有明顯的變化，這導(dǎo)致材料性質(zhì)的變化，最終材料受環(huán)境約束。根據(jù)降解機理，聚合物材料的降解可分為聚合物材料的光降解，可生物降解的聚合物材料，聚合物降解的光降解，聚合物材料的降解，復(fù)合聚合物材料的生物降解性。聚合物材料是指微生物在身體或身體和動物組織和細胞體內(nèi)，酶和體液在化學(xué)結(jié)構(gòu)變化的作用下，分子量降低和聚合物材料的性能變化。可生物降解聚合物材料廣泛應(yīng)用于包裝，食品飲料工業(yè)，一次性食品，持續(xù)釋放系統(tǒng)，臨床醫(yī)學(xué)，醫(yī)療設(shè)備等許多領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，因此可生物降解聚合物材料的發(fā)展已成為研究重點。

2 高分子材料的定義

化學(xué)定義：由上千百個原子通過由共價鍵間的相互作用力而形成相對分子質(zhì)量大、空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜的高分子化合物——根據(jù)形成的類別：可以分為有機高分子化合、無機高分子化合物。

高分子化合物是由相對分子質(zhì)量高的高分子聚集而成，按一般的分法：將相對分子質(zhì)量高于1000的成為高分子。通常有103—105個原子以共價鍵形式鏈接而成，或成為聚合物或高聚物，而高分子一般稱為“單體”。

如纖維素、蛋白質(zhì)、蠶絲、橡膠、淀粉等天然高分子化合物，以及以高聚物為基礎(chǔ)的合成材料，如各種塑料，合成橡膠，合成纖維等。

有機高分子化合物可以分為天然有機高分子化合物（如淀粉、纖維素、蛋白質(zhì)天然橡膠等）和合成有機高分子化合物（如聚乙烯、聚氯乙烯等等），它們的相對分子質(zhì)量可以從幾萬直到幾百萬或更大。

3 如何通過生物的作用降解高分子材料

3.1 生物降解高分子材料的分類

根據(jù)來源分為以下幾類：混合生物降解聚合物材料，化學(xué)合成可生物降解聚合物材料，微生物合成生物降解聚合物材料，天然生物降解聚合物材料等大類。

可生物分解的大分子可以根據(jù)降解機理和破壞形式分為完全可生物降解材料和添加劑生物降解材料。

3.2 生物降解高分子材料的技術(shù)原理

所謂生物降解高分子材料，是能在使用后返回自然環(huán)境仍能被微生物利用分解，無機化進而分解為可被自然環(huán)境重新利用的無機元素。

生物降解高分子材料是在生物降解進行的化學(xué)反應(yīng)，是微生物利用自身酶的作用滲透高分子材料的結(jié)構(gòu)中，將其分解，斷裂結(jié)構(gòu)分解為分子質(zhì)量的鏈狀結(jié)構(gòu)，在而將其分解為被微生物分解、吸收的分子。

生物降解高分子材料的過程一般可以分為兩種：完全生物降解機理、光-生物降解機理。而完全生物降解機理一般有三種途徑：生物物理作用：因生物的細胞的增值分裂，使聚合物發(fā)生水解，機械破壞聚合物的分子結(jié)構(gòu)，使其斷裂為小分子的低聚物，并沒有化學(xué)作用的參與；生物化學(xué)作用：微生物的生長活動而對聚合物發(fā)生直接的化學(xué)作用；酶直接作用：由生物的酶參與而是聚合物發(fā)生氧化、分解、腐蝕、結(jié)構(gòu)發(fā)生變化或破壞的過程。

光—生物降解機理：含有淀粉等的材料首先被微生物所分解，由于部分材料添加被分解，導(dǎo)致高分子材料與空氣接觸的面積增大，引發(fā)另外的添加劑（如光敏劑）反應(yīng)使聚合物氧化，進而發(fā)生斷裂的反應(yīng)，易于被微生物所分解的水平。

3.3 生物降解的應(yīng)用研究現(xiàn)狀

當(dāng)前應(yīng)用較為廣泛的是應(yīng)用的生物高分子降解材料。因為生物降解技術(shù)的應(yīng)用使得藥物中的成份的釋放能得到控制，作為控制藥物釋放的載體使得這項技術(shù)在醫(yī)學(xué)研究界更是引起的震動。利用生物的降解將藥物志如患者的體內(nèi)，控制其釋放的速度，而無需有手術(shù)取出，減輕患者的痛苦。

如自然界中無處不在的纖維素、淀粉、蛋白質(zhì)等天然高分子，在自然界中自然生長，自然分解，但由于其熱塑性差，不易加工成型，耐水性較差，往往不能單獨使用。而將他與化學(xué)試劑反應(yīng)，合成高分子材料，或進行加工增加其可加工性。

如淀粉，作為自然界中易得的原料，且可再生，廉價的天然高分子材料。但由于淀粉的熱塑性很差，而親水性過強，使其加工成型變得非常困難。因此，通常需要合成淀粉的衍生物，或與其它高聚物共混，或是作為其他生物降解高分子材料的填充物，如與聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚酯等共混，可以形成生物降解性能良好的高分子材料。

4 結(jié)語

簡而言之，利用生物降解技術(shù)加工的生物降解的高分子材料是非常有意義的技術(shù)，一來解決了材料，資源枯竭，昂貴問題；同時也降低了對環(huán)境的污染?？缮锝到饩酆衔锊牧蠌V泛應(yīng)用于包裝，食品飲料工業(yè)，一次性食品，持續(xù)釋放系統(tǒng)，臨床醫(yī)學(xué)，醫(yī)療設(shè)備等許多領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。環(huán)境改善長期引起著人們和世界的關(guān)注，肇事者對于自然污染主要是聚合物材料，所以可生物降解產(chǎn)品的開發(fā)是必要和緊迫的。以我個人認為，能源與資源的消耗愈發(fā)快速及匱乏，而金屬資源的造價昂貴；而高聚物等人工合成產(chǎn)物不僅原料易得，而且具有金屬的許多優(yōu)點；隨著技術(shù)和產(chǎn)品的進一步發(fā)展逐漸商業(yè)化，生物降解高聚物的應(yīng)用前景也更加廣闊及光明。

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