关于生物降解材料

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2016

1 / 18 关于生物降解材料

篇一：浅谈生物可降解高分子材料的开发利用

[摘要]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。本文探讨了生物可降解高分子材料现阶段的开发应用情况。

[摘要]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。本文探讨了生物可降解高分子材料现阶段的开发应用情况。

[关键词]高分子材料可降解生物

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。 ★精品文档★

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2 / 18 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★精品文档★

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3 / 18 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。

篇二：生物降解高分子材料研究进展 ★精品文档★

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4 / 18 【摘要】合成高分子材料， 并且因此开发可降解的高分子材料已成为高分子领域的一个重要研究课题，生物降解性高分子材料更是目前研究的热点。本文简述了生物降解性高分子的生物降解机理、影响因素，着重综述了淀粉、聚乳酸、可生物降解塑料等几种具有生物降解性的高分子材料的最新研究进展及其发展趋势。

【关键字】 生物降解高分子 降解性 塑料 淀粉 聚乳酸

研究进展

前言: 当今世界，合成高分子材料制品已经被广泛应用于人们生产和生活的各个领域，并且在众多领域取代了传统的金属、玻璃、陶瓷、木材等材料，特别是在包装行业应用更为广泛。PE、PS、PP、PVC等的薄膜、软袋及容器已使包装行业发生了一次深刻的革命。然而，由此产生的大量废旧塑料给地球环境及生态带来的影响己越来越为社会的广泛关注。其中塑料因为其不可降解性而给人们带来了“白色污染”的很大困扰。发展环境降解塑料(EDP)已成为当务之急[1]!

1. 生物降解高分子材料概述

从化学角度来定义，高分子是由分子量很大的长链分子所组成，而每个分子链都是由共价键联结的成百上千的一种或多种小分子构造而成[2]。高分子材料的功能很多，因此应用十分广泛。可是高分子材料在给人类创造美好生活的同时，也带来了一些负面效应，其中最明显的当属废旧塑料等★精品文档★

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5 / 18 引起的“白色污染”。

生物可降解高分子是指在一定条件下，一定时问内能被微生物降解的高分子材料。按美国材料试验学会ASTM在1989年给可降解塑料下的确切定义，可降解塑料是指：在特定时间内造成性能损失的特定环境条件下，其化学结构发生变化的一种塑料，根据促进化学结构发生降解变化的因素来分类，降解塑料可分为生物降解塑料和光降解塑料两种。前者在细菌、真菌和藻类等微生物的作用下，塑料产生分解直至消失;后者是在日光作用情况下，塑料产生分解直至消失[3]。

2. 降解高分子材料的生物降解机理

生物降解高分子的降解通常是以化学方式进行的，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大分子骨架结构发生断裂变成小的链段，并最终断裂为稳定的小分子产物，

完成生物降解过程。下表 [4]为一些生物降解高分子的水解反应情况。

高分子材料的生物降解过程可分为4个阶段：水合作用、强度损失、物质整体化丧失和质量损失。高分子水合作用是因依靠范德华力和氢键维系的结构的破裂引发的水合作用，以及其后高分子主链可能因化学或酶催化水解而破裂，高分★精品文档★

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6 / 18 子材料的强度降低。对交联高分子材料其强度的降低，可因高分子主链、交联剂、外悬基团的开裂等造成。高分子链的进一步断裂会导致质量损失和分子量降低，最后分子量足够低的分子链小段被酶进一步水解为水、二氧化碳等物质[5]。

总之，生物降解并非单一机理，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，有关生物降解的机理尚未完全阐述清楚。

3. 生物降解高分子材料的研究现状

以下按不同分类介绍目前研究的几种主要的可生物降解的高分子的研究现状。

3.1 天然生物可降解高分子

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， 热及力学性能差，由其单独制成的薄膜的耐水性、强度均达不到工程材料的性能要求， 另一方面，作为工程材料使用的高分子通常又没有生物降解性。因此，通过两种高分子的共混、嵌段或接枝共聚可以得到能满足两者要求的材料。如以纤维素和脱乙酰基壳多糖进行复合，制得的生物可降解塑料[6]。

3.1.1 多糖基复合高分子

高分子量的碳水化合物通常指多糖，自然资源丰富的淀粉、纤维素等多糖都可用作生产生物降解高分子的原料。 ★精品文档★

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7 / 18 3.1.2 淀粉基系统

淀粉资源丰富，价格低廉，易为微生物侵蚀，是一种理想的生物降解材料，但其热、力学性能不够优良，从而限制了它们的使用，但己有许多研究淀粉与合成高分子的共混或共聚获得生物降解性材料的的文献报道。

Griffin对80%PE， 15%的淀粉共聚物成功地进行吹塑膜，加拿大的St. Lanwren公司取得该项技术专利并提供名为Ecostar的PE母料，可用作农用地膜或作包装材料淀粉与PVC的共混研究也比较深入，表明加入淀粉后PVC的强度并不下降，但随淀粉量的增加，延伸率明显降低。

3.1.3 纤维素基复合高分子

纤维素也是资源丰富的天然高分子，倪秀元等研究了羟乙基纤维素与MMA和丙烯酸进行超声波共聚的情况，结果表明产物可被脂肪酶及一些微生物通过水解反应而破坏。再生纤维素适合用于纤维与薄膜的制造，日本四国工业试验所开发了以乙酰多糖和纤维素为主要成分的高分子材料，试制的生物降解薄膜、无纺布、发泡塑料等已接近实用化。纤维素酯、纤维素醚、纤维素缩醛化合物等常用的化学改性纤维，其生物降解性与羟基反应的程度有关。因此加大纤维素羟基的反应程度也是纤维素改性使用的一个方向[7]。

3.1.4 木质素

木质素与纤维素一起共生于植物中，它是酚类化合物，通★精品文档★

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8 / 18 常是不能被生物降解的，但通过预处理可使其被纤维素酶酶解。利用木质素上的酚基与不同试剂反应可得到乙烯基的接枝共聚物，Phillips等讨论了它的生物降解性，并取得了令人鼓舞的成果。

3.1.5 蛋白质复合高分子

蛋白质的骨架肽键对微生物降解十分敏感，通过功能基团的去除或接枝共聚可改善其热学及力学性能，但同时也降低了其生物降解性能。目前研究最多的是结构蛋白骨胶原的水解产物明胶。围绕蛋白质基的生物降解材料的研究还处于起始阶段，距离商品化还有相当距离。

3.2 合成生物可降解高分子材料

3.2.1 亲水性高分子

聚合物材料能保持一定的湿度是其可生物降解的首要的和必要的条件，因此水溶性及亲水性聚合物的开发受到普遍关注。已有专利报道用亲水性的可生物降解高分子作为植物种子的保护涂层。

这些聚合物的生物降解程度随制备方法及所用原料的不同而不同。例如，由马来酸酐、乙二醇、丙烯酸及对甲苯磺酸制得的亲水聚合物生物降解度为61%，而由乙二醇、二丙烯酸酯、巯基乙醇及偶氮二氧基丙烷合成的高分子生物降解度可达89%。赖氨酸、苯乙烯嵌段共聚制得的水溶性可生物降解材料也有报道。PS是应用最为广泛的塑料之 ★精品文档★

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9 / 18 一，而且在包装行业的用量非常大。因此提高它的生物降解性倍受关注。系统研究表明，部分氧化或水解的PS可以被青霉菌和摩拉克菌分解断链，这是由于形成羟基和羰基等亲水性基团的缘故。