生物降解高分子材料的研究现状及应用前景

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1、生物降解高分子材料的研究现状及应用前景吴卫霞1涂阿朋2肖俊霞1段明锋1(1.江汉石油学院化学工程系；2.土哈油田钻井公司)摘要目前，处理高分子材料的一些传统方法，如焚烧法、掩埋法、熔融共混挤出法、回收利用等都存在一定的缺陷和局限性，给环境保护带来严重的困难。因此，开发环境可接受的降解性高分子材料是解决环境污染的重要途径。生物降解高分子是指通过自然界或添加的微生物的化学作用，将高分子物质分解成小分子化合物，再进入自然的循环过程。论述了生物降解高分子材料的研究现状，并对生物降解高分子材料的降解机理、影响因

2、素及其在医学、农业、包装业和其他领域的潜在应用前景进行了探讨。关键词生物降解高分子材料降解机理影响因素研究现状应用前景0引言断裂成稳定的小分子产物，完成降解过程[4]。一般高分子材料的生物降解可分为完全生物降解机理和光-生物降解机理[5]。完全生物降解机理大致有三种途径：①生物物理作用：由于生物细胞增长而使聚合物组分水解，电离质子化而发生机械性的毁坏，分裂成低聚物碎片；②生物化学作用：微生物对聚合物作用而产生新物质（CH4，CO2和H2O）；③酶直接作用：被微生物侵蚀部分导致材料分裂或氧化崩裂。光-生

3、物降解机理是材料中的淀粉等生物降解剂首先被生物降解，增大表面/体积比，同时，日光、热、氧引发光敏剂等使高聚物生成氧化物，并氧化断裂，分子量下降到能被微生物消化的水平。随着大量高分子材料在各个领域的使用，废弃高分子材料对环境的污染有着日益加剧的趋势。塑料是应用最广泛的高分子材料，按体积计算已居世界首位，由于其难以降解，随着用量的与日俱增，废塑料所造成的白色污染已成为世界性的公害[1]。目前，处理高分子材料的一些老套方法如焚烧、掩埋、熔融共混挤出法、回收利用等都存在缺陷并有一定的局限性，给环境带来严重的负

4、荷，因此开发环境可接受的降解性高分子材料是解决环境污染的重要途径。生物降解高分子是指通过自然界或添加的微生物的化学作用，将高分子物质分解成小分子化合物，再进入自然的循环过程，这种方法简洁有效，而且对环境的保护有积极的作用[2]。同时，随着高新技术的发展，生物降解高分子材料也满足了医学和农业及其他方面的需求，成为近年来研究的热点。2影响生物降解的因素生物降解高分子在制造和使用过程中应保持稳定,并要求在废弃后及时进行生物降解，因此影响生物降解性的因素成为人们关注的焦点之一。环境因素[4,6]是指水、温度、

5、pH值和氧的浓度。水是微生物生成的基本条件，因此聚合物能保持一定的湿度是其可生物降解的首要条件。每一种微生物都有其适合生长的最佳温度，通常真菌的适宜温度为20℃～28℃，细菌则为28℃～37℃。一般来说,真菌适宜长在酸性环境中，而细菌适宜长在微碱性条件下。真菌为好氧型的，细菌则可在有氧或无氧条件下生长。材料的结构是决定其是否可生物降解的根本因素。1高分子生物降解机理理想的生物降解高分子材料是一种具有优良的使用性能，废弃后可被环境微生物完全分解，最终被无机化而成为自然界中碳元素循环的一个组成部分的高分子

6、材料[3]。生物降解高分子材料的生物降解通常是指以化学方式进行的，即在微生物活性（有酶参与）的作用下，酶进入聚合物的活性位置并渗透至聚合物的作用点后，使聚合物发生水解反应从而使聚合物的大分子骨架结构发生断裂成为小的链段，并最终──────────吴卫霞，在读硕士研究生，现从事环境有机地球化学方面的研究。E－mail：woxiangfei19780@eyou.com通讯地址：湖北荆州，434023油气田环境保护综述第15卷·第1期·41·˙一般情况下只有极性高分子材料才能与酶相粘附并很好地亲和，因此高分

7、子材料具有极性是生物降解的必要条件。高分子的形态、形状、分子量、氢键、取代基、分子链刚性、对称性等均会影响其生物降解性[7]。另外，材料表面的特性对微生物降解也有影响，粗糙表面材料比光滑表面材料更易降解。是合成的高分子材料却具有更多的优点。它可以从分子化学的角度来设计分子主链的结构，从而来控制高分子材料的物理性能，而且可以充分利用来自自然界中提取或合成的各种小分子单体[1]。合成高分子主要有化学合成、微生物合成和最新研究的酶促合成高分子。目前，开发的合成高分子产品主要有聚乳酸（PLA）、聚己内酯（PC

8、L）、聚丁二醇丁二酸酯（PBS）等。除了脂肪族聚酯外，多酚、聚苯胺、聚碳酸脂、聚天冬氨酸等也已相继开发成功[10]。◆聚乳酸（PLA）[11～14]聚乳酸是一种典型的完全生物降解性高分子材料，有关聚乳酸的研究一直是生物降解性高分子材料研究领域的热点。目前，合成聚乳酸的方法主要有直接法和间接法两种。直接法合成聚乳酸是在脱水剂的存在下，乳酸分子间受热脱水，直接缩聚成低聚物，然后在继续升温，低分子量的聚乳酸扩链成更高分子量的聚乳酸。早在20世纪30年代，美国化