材料毕业论文浅谈生物可降解高分子材料的开发利用

浅谈生物可降解高分子材料的开发利用

我国目前的高分子材料生产和使用已跃居世界前列，

每年产生几百万吨废旧物。如此多的高聚物迫切需要进行生物可

降解，以尽量减少对人类及环境的污染。生物可降解材料，是指

在自然界微生物，如细菌、霉菌及藻类作用下，可完全降解为低

分子的材料。这类材料储存方便，只要保持干燥，不需避光，应

用范围广，可用于地膜、包装袋、医药等领域。生物可降解的机

理大致有以下3 种方式：生物的细胞增长使物质发生机械性破坏；微生物对聚合物作用产生新的物质；酶的直接作用，即微生物侵

蚀高聚物从而导致裂解。按照上述机理，现将目前研究的几种主

要的可生物可降解的高分子材料介绍如下。

1、生物可降解高分子材料概念及降解机理

生物可降解高分子材料是指在一定的时间和一定的条件下，能

被微生物或其分泌物在酶或化学分解作用下发生降解的高分子材料。

生物可降解的机理大致有以下3种方式：生物的细胞增长使物

质发生机械性破坏；微生物对聚合物作用产生新的物质；酶的直

接作用，即微生物侵蚀高聚物从而导致裂解。一般认为，高分子

材料的生物可降解是经过两个过程进行的。首先，微生物向体外

分泌水解酶和材料表面结合，通过水解切断高分子链，生成分子

量小于500的小分子量的化合物；然后，降解的生成物被微生物

摄入人体内，经过种种的代谢路线，合成为微生物体物或转化为

微生物活动的能量，最终都转化为水和二氧化碳。

因此，生物可降解并非单一机理，而是一个复杂的生物物理、生

物化学协同作用，相互促进的物理化学过程。到目前为止，有关

生物可降解的机理尚未完全阐述清楚。除了生物可降解外，高分

子材料在机体内的降解还被描述为生物吸收、生物侵蚀及生物劣

化等。生物可降解高分子材料的降解除与材料本身性能有关外，

还与材料温度、酶、PH值、微生物等外部环境有关。

2、生物可降解高分子材料的类型

按来源，生物可降解高分子材料可分为天然高分子和人工合成高

分子两大类。按用途分类，有医用和非医用生物可降解高分子材

料两大类。按合成方法可分为如下几种类型。

2.1微生物生产型

通过微生物合成的高分子物质。这类高分子主要有微生物聚酯和

微生物多糖，具有生物可降解性，可用于制造不污染环境的生物

可降解塑料。如英国ICI 公司生产的“Biopol”产品。

2.2合成高分子型

脂肪族聚酯具有较好的生物可降解性。但其熔点低，强度及耐热

性差，无法应用。芳香族聚酯(PET) 和聚酰胺的熔点较高，强度好，是应用价值很高的工程塑料，但没有生物可降解性。将脂肪

族和芳香族聚酯(或聚酰胺) 制成一定结构的共聚物，这种共聚物

具有良好的性能，又有一定的生物可降解性。

2.3天然高分子型

自然界中存在的纤维素、甲壳素和木质素等均属可降解天然高分子，这些高分子可被微生物完全降解，但因纤维素等存在物理性

能上的不足，由其单独制成的薄膜的耐水性、强度均达不到要求，因此，它大多与其它高分子，如由甲壳质制得的脱乙酰基多糖等

共混制得

2.4掺合型

在没有生物可降解的高分子材料中，掺混一定量的生物可降解的

高分子化合物，使所得产品具有相当程度的生物可降解性，这就

制成了掺合型生物可降解高分子材料，但这种材料不能完全生物

可降解。

3、生物可降解高分子材料的开发