可生物降解材料相關發展及應用研究

李春靜

摘要：為深入了解可生物降解材料的相關發展及其應用，作者從可生物降解材料的相關概述及其作用原理入手，對可生物降解材料相關發展概述進行了深入的分析，并在此基礎上探究了可生物降解材料的應用。

關鍵詞：可生物降解材料;作用原理;應用

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2020）01-0125-02

一、可生物降解材料的相關概述及其作用原理

隨著經濟的不斷發展，人們的生活水平有了很大的提高，但是隨之而來的還有一些環境問題，不僅影響了生態系統，而且給人們的身體健康也帶來了很大的影響。如何利用生物降解的方式實現無二次污染的目標，成為人們爭相研究的課題。降低白色污染的危害并且探尋全新的環境友好型非石油基聚合物是當前很多研究者關注的課題，而生物降解材料就是解決這一問題的有效途徑和合理選擇，這也符合我國可持續發展的基本要求，滿足我國國情發展的需求。而所謂的可生物降解材料，主要指的是在材料中添加某種能加快降解速度的添加劑制成的材料，讓材料本身具備可生物降解的功能。這種材料能夠在使用和保存期間滿足基本的使用要求，不會因為添加了額外的添加劑而對材料本身的性能造成很大的影響，這也是選擇添加劑時的一個基本原則。在使用完成以后，置于特定的環境中，在最短的時間里使材料的化學結構發生變化，從而使它的性能也發生變化，造成性能的損失。一般來講，我們最想得到的生物降解高分子材料是一種具有優良使用性能的材料，當它的價值利用完以后，在環境中可以分解成二氧化碳和水，而不會生成其他對環境有害的生成物，而生成產物被無機化，變成自然界碳循環的一分子。

而可生物材料降解的作用原理，其實就是讓材料被環境中的微生物分解，成為它們的養料。一般認為，生物降解并不是單一機理，而是多重機理共同發揮作用，只是有一個機理占主導，其他機理共同參與。水解、氧化等過程是降解過程肯定存在的基本反應類型，也是對降解過程影響最大的反應，這些作用相互促進、相互影響，最終實現生物降解材料的目的。生物降解過程主要有三個步驟：（1）高分子材料表面被環境中的微生物黏附，所以對于一個完整的材料而言，它的表面首先遭到破壞。微生物黏附到材料表面的方式受到材料性質的影響，比如表面張力、表面結構類型、材料是否有多孔性的特點、環境溫度及濕度等。（2）微生物在材料表面分泌分解酶，通過水解和氧化等反應把高分子鏈“融斷”，使其分解成為小分子化合物，然后再不斷重復這個過程，直到反應終止。（3）微生物吸收并消耗這些小分子化合物，然后經過生理代謝，把這些小分子化合物變成二氧化碳和水等。當然，一般來講，實際的降解過程，除了包括上面提到的生物化學作用過程以外，還有一些生物物理的作用。比如，微生物附著到材料表面以后，由于細胞增大而使高分子材料被機械性地破壞，從而加速了生物化學反應速度，提高反應速率。

二、可生物降解材料相關發展概述

可生物降解高分子材料對于當前社會發展的重要性不言自明，而且很多國家的研究者正致力于其發展研究，正在積極地開發和探索，而且從目前的情況來看，把它的應用進一步推廣，是實現可持續發展戰略的有利選擇。為了能夠讓可生物降解材料更好地服務于人類，體現出這種材料獨特的優勢，除了要擴大它的使用功能以外，還需要降低制造成本，提高可生物降解材料的市場競爭力，讓它成為更多人的選擇。可生物降解材料的發展速度非常快，尤其是在人們越來越關注環境問題的今天，其價值越來越大。雖然還有些技術有待提高，有些難題有待攻破，但是這并不影響其發展勢頭，在不久的將來，可生物降解材料的應用范圍將會更大，它的應用前景將會更為廣闊。

三、可生物降解材料的應用

1.在一些產品包裝上的應用。當前，發泡聚苯乙烯、聚乙烯以及聚丙烯是產品包裝的主要原材料，而這些材料卻是造成白色污染的主要源頭，而且由于用量大、處理難度高，所以給環境保護帶來很大的壓力，這也是人們希望用可降解塑料來代替這些白色污染源的主要原因。在人們生產和生活中，選擇這些可生物降解材料制成的食品袋、包裝盒、垃圾袋等包裝容器，不僅非常符合當前可持續發展戰略的需要，而且還能夠有效降低生活成本。生物降解包裝材料一般是把可降解的高分子聚合物加入層壓膜中或者直接與層壓材料共混成膜。當然，與垃圾袋、外包裝相比，用于食品包裝的材料要求更高，要能夠保證食品不腐爛、隔絕氧氣并且材料本身是無毒無害的。其中應用最為廣泛的就是PHV以及PHB，它們的最大一個特點就是與PE和PP物理性質相似，而且保溫性能好。當材料使用完成以后，可以選擇生物降解，也可以直接焚燒，這兩個過程所消耗的氧氣含量很低，與光合作用釋放到大氣的氧氣含量接近，而產生的二氧化碳也可以為光合作用提供原料，所以可以進入碳循環。

2.在生物醫學領域的應用。可生物降解材料在生物醫學領域的應用更高級一些，要求也更高一些。其所遵循的原理就是在生物體內，通過水解、酶解等過程，把一些大分子物質降解成一個個小的，并且對生物機體沒有損害的小分子物質，而且這些小分子物質能夠被生物機體自行吸收或者排出體外，對機體不會帶來負面影響，也不會增加生物機體的負擔。這種材料應用最為廣泛的是外科手術的縫合線、人造皮膚、骨固定材料以及體內藥物緩解劑等領域。傳統的像聚丙烯、尼龍等做成的醫用縫合線都不能被生物機體所吸收，所以還需要進行后續的拆線步驟，不僅會留下很明顯的痕跡，還會給病人帶來較大的痛苦。而如果使用這些可生物降解原材料制成的縫合線，比如聚乙交酯等，在傷口愈合以后直接被生物機體自行吸收、降解，就省去了后續的拆線步驟，這種技術已經逐漸普及化。而利用可生物降解材料制成的人工皮膚，可用來治療燒傷，而且也不用擔心排斥反應。對于人體皮膚很重要的膠原蛋白也可以人工制成，這也是可生物降解材料的一種，都有非常廣泛的發展前景。不同的藥物在人體內的吸收速度也不相同，如果能夠控制藥物在人體內的釋放速度，讓藥物在生物機體內始終保持一個理想的濃度，這對于提高藥物反應時間和利用率非常有幫助，而利用可生物降解材料就可以很好地實現這個功能，增加藥物的穩定性。

3.在水資源方面的應用。我們經常可以看到一些塑料垃圾對水資源的破壞，不僅給水中生物帶來災難，同時還污染了水源，讓我們這個水資源本來就不足的國家雪上加霜。所以，把可生物降解材料應用到水資源保護方面，不但可以對我國的水資源形成保護，而且還能夠促進水中生物的健康成長。在水域環境中，實現可生物降解材料應用的條件是讓這些材料能夠被海洋中的微生物降解，發揮出生物酶的作用，把高分子材料降解成為低分子化合物，而還要求這些低分子化合物能夠參與到微生物的新陳代謝過程，最終變成二氧化碳和水。聚己內酯屬于半晶型脂肪族聚酯材料的一種，它的熔點很低，所以具有非常優越的熱塑性和加工成型性，完全滿足擠出、注塑、拉絲以及吹膜等常見的成型工藝。聚己內酯在土壤中被微生物降解的速度非常快，在一年之內就可以只剩下5%，但是在空氣中卻看不出明顯的降解現象。由于聚己內酯的這些優點，這些年來已經有很多研究者把它應用到水資源保護工作當中，并且取得了一定的成效。

4.在農業方面的應用。與過去不同，現在人們可以吃到任何季節的蔬菜，而這要得益于大棚種植技術的發展。在這個過程中，會應用到很多的地膜，如果使用那些不能被生物降解的地膜材料，那么這些地膜材料就會在土地長期殘留，不僅對土壤結構帶來很大的破壞，而且還會給人的生命健康帶來影響。所以，針對這種情況，有些研究者就把目光投入了可生物降解地膜材料上，希望能夠用這些可生物降解的材料替代傳統的地膜材料，讓這些地膜材料在廢棄以后，不僅不會對土壤結構造成破壞，而且還可以優化土壤結構，通過生成二氧化碳和水讓土壤充滿更多的氣孔，讓更多的氧氣進入土壤，促進光合作用，提高產量。微生物可以在廢棄地膜表面繁殖長大，然后通過一系列的生物化學、生物物理等作用，把殘留的地膜變成二氧化碳和水，做到無公害處理。這種可生物降解地膜的使用量少，在農民可接受范圍之內，而且也不需要掌握什么技術就可以大范圍應用，所以這種地膜非常容易推廣，有很大的發展空間。

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Development and Application of Biodegradable Materials

LI Chun-jing

（Hebei Chemical & Pharmaceutical College，Shijiazhuang，Hebei 050026，China）

Abstract：In order to understand the related development and application of biodegradable materials，the author starts with the related overview of biodegradable materials and their principles of action，makes a thorough analysis of the related development of biodegradable materials，and explores the application of biodegradable materials on this basis.

Key words：biodegradable materials;principle of action;application