可生物降解材料相关发展及应用研究

李春静

摘要：为深入了解可生物降解材料的相关发展及其应用，作者从可生物降解材料的相关概述及其作用原理入手，对可生物降解材料相关发展概述进行了深入的分析，并在此基础上探究了可生物降解材料的应用。

关键词：可生物降解材料;作用原理;应用

中图分类号：G642.0     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2020）01-0125-02

一、可生物降解材料的相关概述及其作用原理

随着经济的不断发展，人们的生活水平有了很大的提高，但是随之而来的还有一些环境问题，不仅影响了生态系统，而且给人们的身体健康也带来了很大的影响。如何利用生物降解的方式实现无二次污染的目标，成为人们争相研究的课题。降低白色污染的危害并且探寻全新的环境友好型非石油基聚合物是当前很多研究者关注的课题，而生物降解材料就是解决这一问题的有效途径和合理选择，这也符合我国可持续发展的基本要求，满足我国国情发展的需求。而所谓的可生物降解材料，主要指的是在材料中添加某种能加快降解速度的添加剂制成的材料，让材料本身具备可生物降解的功能。这种材料能够在使用和保存期间满足基本的使用要求，不会因为添加了额外的添加剂而对材料本身的性能造成很大的影响，这也是选择添加剂时的一个基本原则。在使用完成以后，置于特定的环境中，在最短的时间里使材料的化学结构发生变化，从而使它的性能也发生变化，造成性能的损失。一般来讲，我们最想得到的生物降解高分子材料是一种具有优良使用性能的材料，当它的价值利用完以后，在环境中可以分解成二氧化碳和水，而不会生成其他对环境有害的生成物，而生成产物被无机化，变成自然界碳循环的一分子。

而可生物材料降解的作用原理，其实就是让材料被环境中的微生物分解，成为它们的养料。一般认为，生物降解并不是单一机理，而是多重机理共同发挥作用，只是有一个机理占主导，其他机理共同参与。水解、氧化等过程是降解过程肯定存在的基本反应类型，也是对降解过程影响最大的反应，这些作用相互促进、相互影响，最终实现生物降解材料的目的。生物降解过程主要有三个步骤：（1）高分子材料表面被环境中的微生物黏附，所以对于一个完整的材料而言，它的表面首先遭到破坏。微生物黏附到材料表面的方式受到材料性质的影响，比如表面张力、表面结构类型、材料是否有多孔性的特点、环境温度及湿度等。（2）微生物在材料表面分泌分解酶，通过水解和氧化等反应把高分子链“融断”，使其分解成为小分子化合物，然后再不断重复这个过程，直到反应终止。（3）微生物吸收并消耗这些小分子化合物，然后经过生理代谢，把这些小分子化合物变成二氧化碳和水等。当然，一般来讲，实际的降解过程，除了包括上面提到的生物化学作用过程以外，还有一些生物物理的作用。比如，微生物附着到材料表面以后，由于细胞增大而使高分子材料被机械性地破坏，从而加速了生物化学反应速度，提高反应速率。

二、可生物降解材料相关发展概述

可生物降解高分子材料对于当前社会发展的重要性不言自明，而且很多国家的研究者正致力于其发展研究，正在积极地开发和探索，而且从目前的情况来看，把它的应用进一步推广，是实现可持续发展战略的有利选择。为了能够让可生物降解材料更好地服务于人类，体现出这种材料独特的优势，除了要扩大它的使用功能以外，还需要降低制造成本，提高可生物降解材料的市场竞争力，让它成为更多人的选择。可生物降解材料的发展速度非常快，尤其是在人们越来越关注环境问题的今天，其价值越来越大。虽然还有些技术有待提高，有些难题有待攻破，但是这并不影响其发展势头，在不久的将来，可生物降解材料的应用范围将会更大，它的应用前景将会更为广阔。

三、可生物降解材料的应用

1.在一些产品包装上的应用。当前，发泡聚苯乙烯、聚乙烯以及聚丙烯是产品包装的主要原材料，而这些材料却是造成白色污染的主要源头，而且由于用量大、处理难度高，所以给环境保护带来很大的压力，这也是人们希望用可降解塑料来代替这些白色污染源的主要原因。在人们生产和生活中，选择这些可生物降解材料制成的食品袋、包装盒、垃圾袋等包装容器，不仅非常符合当前可持续发展战略的需要，而且还能够有效降低生活成本。生物降解包装材料一般是把可降解的高分子聚合物加入层压膜中或者直接与层压材料共混成膜。当然，与垃圾袋、外包装相比，用于食品包装的材料要求更高，要能够保证食品不腐烂、隔绝氧气并且材料本身是无毒无害的。其中应用最为广泛的就是PHV以及PHB，它们的最大一个特点就是与PE和PP物理性质相似，而且保温性能好。当材料使用完成以后，可以选择生物降解，也可以直接焚烧，这两个过程所消耗的氧气含量很低，与光合作用释放到大气的氧气含量接近，而产生的二氧化碳也可以为光合作用提供原料，所以可以进入碳循环。

2.在生物医学领域的应用。可生物降解材料在生物医学领域的应用更高级一些，要求也更高一些。其所遵循的原理就是在生物体内，通过水解、酶解等过程，把一些大分子物质降解成一个个小的，并且对生物机体没有损害的小分子物质，而且这些小分子物质能够被生物机体自行吸收或者排出体外，对机体不会带来负面影响，也不会增加生物机体的负担。这种材料应用最为广泛的是外科手术的缝合线、人造皮肤、骨固定材料以及体内药物缓解剂等领域。传统的像聚丙烯、尼龙等做成的医用缝合线都不能被生物机体所吸收，所以还需要进行后续的拆线步骤，不仅会留下很明显的痕迹，还会给病人带来较大的痛苦。而如果使用这些可生物降解原材料制成的缝合线，比如聚乙交酯等，在伤口愈合以后直接被生物机体自行吸收、降解，就省去了后續的拆线步骤，这种技术已经逐渐普及化。而利用可生物降解材料制成的人工皮肤，可用来治疗烧伤，而且也不用担心排斥反应。对于人体皮肤很重要的胶原蛋白也可以人工制成，这也是可生物降解材料的一种，都有非常广泛的发展前景。不同的药物在人体内的吸收速度也不相同，如果能够控制药物在人体内的释放速度，让药物在生物机体内始终保持一个理想的浓度，这对于提高药物反应时间和利用率非常有帮助，而利用可生物降解材料就可以很好地实现这个功能，增加药物的稳定性。

3.在水资源方面的应用。我们经常可以看到一些塑料垃圾对水资源的破坏，不仅给水中生物带来灾难，同时还污染了水源，让我们这个水资源本来就不足的国家雪上加霜。所以，把可生物降解材料应用到水资源保护方面，不但可以对我国的水资源形成保护，而且还能够促进水中生物的健康成长。在水域环境中，实现可生物降解材料应用的条件是让这些材料能够被海洋中的微生物降解，发挥出生物酶的作用，把高分子材料降解成为低分子化合物，而还要求这些低分子化合物能够参与到微生物的新陈代谢过程，最终变成二氧化碳和水。聚己内酯属于半晶型脂肪族聚酯材料的一种，它的熔点很低，所以具有非常优越的热塑性和加工成型性，完全满足挤出、注塑、拉丝以及吹膜等常见的成型工艺。聚己内酯在土壤中被微生物降解的速度非常快，在一年之内就可以只剩下5%，但是在空气中却看不出明显的降解现象。由于聚己内酯的这些优点，这些年来已经有很多研究者把它应用到水资源保护工作当中，并且取得了一定的成效。

4.在农业方面的应用。与过去不同，现在人们可以吃到任何季节的蔬菜，而这要得益于大棚种植技术的发展。在这个过程中，会应用到很多的地膜，如果使用那些不能被生物降解的地膜材料，那么这些地膜材料就会在土地长期残留，不仅对土壤结构带来很大的破坏，而且还会给人的生命健康带来影响。所以，针对这种情况，有些研究者就把目光投入了可生物降解地膜材料上，希望能够用这些可生物降解的材料替代传统的地膜材料，让这些地膜材料在废弃以后，不仅不会对土壤结构造成破坏，而且还可以优化土壤结构，通过生成二氧化碳和水让土壤充满更多的气孔，让更多的氧气进入土壤，促进光合作用，提高产量。微生物可以在废弃地膜表面繁殖长大，然后通过一系列的生物化学、生物物理等作用，把残留的地膜变成二氧化碳和水，做到无公害处理。这种可生物降解地膜的使用量少，在农民可接受范围之内，而且也不需要掌握什么技术就可以大范围应用，所以这种地膜非常容易推广，有很大的发展空间。

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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