可生物降解材料方面研究

田飛

大連產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)檢測(cè)研究院有限公司 遼寧大連 116000

1 可生物降解材料的定義及降解機(jī)理

關(guān)于可生物降解材料的定義，美國(guó)材料與試驗(yàn)學(xué)會(huì)給出了明確的答案，所謂可生物降解材料，指的就是在細(xì)菌、真菌藻類等自然界的微生物作用下能夠發(fā)生降解或分解的高分子材料[1]。通常情況下，可生物降解材料的降解與其化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)的變化有關(guān)，另外分子量的降低、小分子物質(zhì)的生成也有可能影響到可生物降解材料的降解。受到細(xì)菌、真菌等微生物的作用，材料最終被分解成二氧化碳和水，就是可生物降解材料的降解機(jī)理。通常情況下，可生物降解材料的降解過程分為兩個(gè)階段，分別是初級(jí)降解和最終降解[2]。在前一階段中，微生物粘附在高分子材料表面，在微生物生長(zhǎng)期間釋放出酶，高分子材料受到水解氧化酶的作用，破裂成分子量較小的短鏈聚合物，到了后一階段，這些短鏈聚合物在微生物的作用下，最終被代謝成二氧化碳和水。

2 可生物降解材料的分類

按照降解高分子材料的組成和結(jié)構(gòu)進(jìn)行劃分，可以將高分子材料分為結(jié)構(gòu)型和摻混型[3]。結(jié)構(gòu)型指的是本身具有降解結(jié)構(gòu)的高分子材料，而摻混型指的是在普通高分子材料中加入可降解的物質(zhì)或促進(jìn)降解的物質(zhì)，進(jìn)而獲得可降解高分子材料。可生物降解材料可以分為完全生物降解型和生物破壞型，具體如圖1所示。

3 可生物降解材料的應(yīng)用

3.1 產(chǎn)品包裝

聚苯乙烯、聚乙烯和聚丙烯在產(chǎn)品包裝中是非常重要的材料，一次性使用商品包裝中，其用量更是非常大，這正是造成白色污染的主要源頭。人們?cè)谌粘Ｉ钪行杩紤]采用一些降解塑料來替代白色污染，可生物降解材料制成的產(chǎn)品包裝無疑對(duì)減少環(huán)境污染有著重大意義。一般情況下可生物降解包裝材料是將可降解的高分子聚合物加入到層壓膜，或者是直接與層壓材料共混成膜[4]。如果產(chǎn)品包裝用于食品行業(yè)，則需要保證食品不腐爛、能夠?qū)ρ鯕膺M(jìn)行隔離，且材料無毒。

3.2 生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域

當(dāng)可生物降解材料進(jìn)入人體后，大分子物質(zhì)可在水解或酶解的作用下轉(zhuǎn)化為小分子物質(zhì)，且這種小分子物質(zhì)不僅對(duì)機(jī)體無害，還能夠在體內(nèi)實(shí)現(xiàn)降解，最終在新陳代謝的作用下被吸收或排泄。被用作外科手術(shù)縫合線的可生物降解材料主要有聚乙交酯、聚L-丙交酯（PLLA）及其共聚物[5]，他們能夠被機(jī)體吸收或自行降解，在完成手術(shù)后無需進(jìn)行拆線；被用于人造皮膚的材料主要有膠原蛋白、甲殼素、聚-L-亮氨酸等，其最主要作用是燒傷治療、換皮及傷口包扎等；被用于骨固定材料的可生物降解材料有聚乙醇酸（PGA）、聚L-丙交酯（PLLA）等，應(yīng)用該材料無需再次通過手術(shù)取出，同時(shí)在材料中可融入抗生素類藥物及植物材料，使其具有良好的預(yù)防感染、促進(jìn)愈合的作用；應(yīng)用可生物降解材料作為體內(nèi)藥物緩釋劑能夠降低藥物副作用、控制藥物釋放速率、提高藥物穩(wěn)定性與利用率。

3.3 水域環(huán)境

目前，水域環(huán)境污染問題是一個(gè)世界性問題，而塑料垃圾是造成水域環(huán)境污染的重要因素之一，它不僅對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)具有惡劣影響，同時(shí)還危及海洋生物的安全。而若以可生物降解材料代替塑料魚鉤等塑料制品，能夠有效的解決塑料垃圾的問題，此種材料能夠在水域環(huán)境自行降解，將其轉(zhuǎn)化為可參與微生物新陳代謝的低分子化合物。目前對(duì)于可降解性塑料的研發(fā)已經(jīng)取得了一定的成績(jī)，通過研究證明聚己內(nèi)酯（PCL）是一種可在水域環(huán)境自行降解的半徑型脂肪族聚酯材料，而該材料的應(yīng)用也代表著可生物降解材料在水域環(huán)境中的應(yīng)用這一課題的研究邁入了新的階段。

3.4 農(nóng)業(yè)地膜

據(jù)數(shù)據(jù)顯示，在農(nóng)業(yè)發(fā)展中，農(nóng)用地膜已經(jīng)成為了農(nóng)業(yè)三大生產(chǎn)資料之一，但在應(yīng)用的過程中不難發(fā)現(xiàn)，農(nóng)用地膜若長(zhǎng)期留存于土壤中，對(duì)土壤結(jié)構(gòu)造成了破壞且產(chǎn)生了重金屬污染，這對(duì)于農(nóng)業(yè)發(fā)展及環(huán)境保護(hù)都具有不利影響。因此，我國(guó)在近些年來格外重視新型可降解地膜的研發(fā)，相關(guān)單位已經(jīng)研究出一種非淀粉型可控光和生物降解地膜，該地膜能夠?qū)崿F(xiàn)較為理想的降解效果，使農(nóng)民不必花費(fèi)大力氣進(jìn)行揭膜回收，該地膜留存于土壤中也不會(huì)對(duì)土壤造成破壞。另外，這種地膜的成本較低，且每畝用量較少，容易被農(nóng)民接受。

4 結(jié)語

隨著可持續(xù)性發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施，我國(guó)越來越重視綠色環(huán)保理念的落實(shí)，強(qiáng)調(diào)能源節(jié)約與環(huán)境保護(hù)，而原料生產(chǎn)與制品加工技術(shù)的成熟，也為我國(guó)綠色發(fā)展提供了重要的技術(shù)支持，其中可生物降解材料的研發(fā)受到了社會(huì)各界人士的關(guān)注，它也是可持續(xù)、循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支點(diǎn)，可生物降解材料的研發(fā)與應(yīng)用不僅能夠?qū)崿F(xiàn)能源代替，降低二氧化碳排放量，同時(shí)在環(huán)境保護(hù)及三農(nóng)問題方面也能夠起到積極作用。目前我國(guó)對(duì)可生物降解材料的研究正處于探索階段，在未來還應(yīng)不斷完善其研發(fā)及回收處理體系，探尋其更多元化的應(yīng)用。