可生物降解高分子材料的研究與進展

金澤康

(安徽理工大學材料科學與工程學院，安徽 淮南 232000)

可生物降解高分子材料的研究與進展

Research and development of biodegradable polymer materials

金澤康

(安徽理工大學材料科學與工程學院，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。但部分研究當中，已經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，能夠自主的進行降解，從而避免對環(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，并對其研究方向和研究進展作出了細致的闡述，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因為處理不得當而對環(huán)境造成嚴重的污染。一般來說，人們在回收聚乙烯以后，會采用焚燒的形式來對其進行處理，并在焚燒以后直接掩埋起來。部分被回收的聚乙烯也會被用于化學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對環(huán)境產生一定的影響。為了避免高分子材料對環(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高分子材料進行侵蝕，促使微生物破壞掉高分子的結構，從而使整個高分子材料得以降解。第二種方法是化學降解方法中的一種，但該種方法又處于生物的范疇當中。就是利用生物酶的特性來作用在高分子材料當中，促使微生物對高分子的分子鏈造成侵蝕，但該種降解過程中要分為兩個步驟。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使高分子材料完全消失，而是會在與微生物的作用下產生新的物質，該過程比較復雜，會出現(xiàn)物理化學的反映。

2 高分子材料可降解的影響因素

2.1 化學結構

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

2.2 聚集態(tài)結構

高分子材料的聚集態(tài)結構也使影響其能否被生物降解的重要因素。在高分子材料當中，當其擁有比較具有柔性的鏈結構時，就代表著該種高分子材料是比較容易被降解的。與之相反，當高分子材料中的鏈結構已經呈現(xiàn)出有規(guī)律的晶態(tài)結構，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根據其活性酶的反應，從而確定其定位并了解其降解的速度。在其聚集態(tài)的結構并不飽和的狀態(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

微生物一般會生長在水中，當外部環(huán)境比較潮濕時，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才完成的。微生物對高分子材料具有一定的侵蝕性，會破壞高分子材料的結構形態(tài)。而溫度較高的情況下，微生物則會加快活動速度，也會加快對高分子材料的破壞速度。因此，當高分子處于濕度較大且溫度較高的環(huán)境內時，其比較容易被降解，其生物降解的速度也會增加。

3 高分子材料的可生物降解研究

3.1 工業(yè)領域

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)制造當中，其將被融合到皮革或者是纖維的等產品的制造當中。該類高分子材料在經過人工的處理以后能夠使人造皮革變得更向天然皮革，促使該類產品具有較高的性價比。經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。經過研究人員對于可生物降解的高分子材料的研究，我國的很多生產企業(yè)當中都已經將其用于產品的包裝當中，只要經過不同形式的技術加工，高分子材料就會成型為不同形態(tài)的包裝。據了解，日本某公司已經就高分子的該種可生物降解的性能將其用于隔離氧的產品包裝當中。

3.2 農業(yè)領域

除了在工業(yè)領域當中，聚乙烯具有一定的作用，人們也將該種高分子材料用于農業(yè)當中。現(xiàn)代農業(yè)雖然大部分都以機械為主，但很多地區(qū)的農民在種植水稻之前還是會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。可生物降解的聚乙烯就被運用到該種地膜當中，以便于當中農民利用完該種薄膜以后，直接能夠被生物降解掉，不會形成白色污染。一些用于水稻種子培育的育秧缽、部分農藥的外包裝以及農產品中的保鮮膜也是用聚乙烯來制作的。在農業(yè)當中，可生物降解的聚乙烯還能夠被用在肥料當中。在環(huán)境允許的情況下，有機混合肥料當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物，有利于農作物的順利生長。而可生物降解的聚乙烯當中還具有一定的聚氨基酸，該種物質將改良土壤的環(huán)境，與殺蟲劑以及肥料等相互作用，使保護農作物的藥品發(fā)揮最大的功效。

3.3 醫(yī)藥領域

部分可生物降解的聚乙烯材料也被用于醫(yī)藥領域當中，聚乙烯中的某種物質能夠使藥物釋放得到控制，也能被制作成外科手術中的縫合線還能用于骨骼的固定工具當中。在制藥當中，聚乙烯將成為藥物的載體，促進一些藥物的反應生成，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。在外科手術當中，可生物降解性質的聚乙烯所制成的手術縫合線能夠在手術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)院當中進行拆線。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)院當中的骨科病人由于骨頭的斷裂或者是錯位需要運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等，病人在使用該種固定材料會出現(xiàn)一定的安全隱患，很有可能會存在骨質疏松的后果。在采用可生物降解性質的高分子固定材料出現(xiàn)以后，患者的骨骼愈合之時，固定材料也能在生物降解的作用下自動降解，避免了骨質疏松癥狀的出現(xiàn)。而采用該種材料的固定材料還能夠避免傷口的感染，組織細胞的生長，促使骨骼的增長更為順利。

4 結論

目前狀態(tài)下具有可生物降解性質的高分子材料還處于研究狀態(tài)，但經過研究人員的確定和分析，其認為高分子材料將會有非常廣闊的發(fā)展空間，人們將更加歡迎和鼓勵具有生物降解性能的高分子材料進入到人們的日常生活當中。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。盡管現(xiàn)在的高分子材料要比傳統(tǒng)材料的價格要昂貴，但在經過研究人員的設計以后，其能夠在特殊的領域當中發(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，從而擴展其使用的空間。

[1] 賴承鉞，鄭寬，赫麗萍，等.高分子材料生物降解性能的分析研究進展[J].化學研究與應用，2010,03(01):1～7.

[2] 劉瀟，李彥鋒，崔彥君，等.脂肪族聚酯類可生物降解醫(yī)用高分子材料的研究進展[J].化學通報，2010,05(03):220～226.

[3] 羅發(fā)亮，李榮波，羅春桃，等.生物降解高分子材料聚丁二酸丁二醇酯的改性研究進展 [J].高分子通報，2012,10 (08):6～12.

[4] 尹國平，陳志周，張琳.天然高分子/PVA可生物降解材料研究[J].包裝學報，2013,05(03):20～24.

[5] 崔西華，王婷婷，姚甲彬，等.生物降解高分子材料及其生物降解能力評價方法研究進展[J].化工新型材料，2014，09(07):3～5.

TQ325.12

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

B

10.13520/j.cnki.rpte.2016.24.007

金澤康（1995-），男，學生，研究方向高分子材料與工程。

2016-11-18