浅谈生物可降解高分子材料的开发利用

1、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利用已跃居世界前 列，每一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，以尽可能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利用已跃居世界前列，每一年产生 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，以尽可 能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。这种材料 贮存方便，只要维持干燥，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

2、的机理大致有以下3种方式：生物的 细胞增加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致使裂解。依照上述机 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。一、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必然的时间和必然的条件下，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：生物的细胞增加使物质 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致使裂解。一般以为，高分子材料的生物可 降解是通过两个进程进行的。首先，微生物向体

3、外分泌水解酶和材料 表面结合，通过水解切断高分子链，生成份子量小于5()()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，通过各种的代 谢线路，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，彼此增进的物理化学进程。到目前为止，有关生物 可降解的机理尚未完全论述清楚。除生物可降解外，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。二、生物可降解高分子材料的类型按来源

4、，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。按合成方式可分为如下几种类型。微生物生产型通过微生物合成的高分子物质。这种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IC1公司生产的“Biopol”产品。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(PE1)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）制成必然结构的共聚物，这种共聚物具有良好的性 能，又

5、有必然的生物可降解性。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。掺合型在没有生物可降解的高分子材料中，掺混必然量的生物可降解的 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生物可降解高分子材料开发的传统方式传统开发生物可降解高分子材料的方式包括天然高分子的改造 法、化学合成法和微

6、生物发酵法等。天然高分子的改造法通过化学修饰和共混等方式，对自然界中存在大量的多糖类高分 子，如淀粉、纤维素、甲壳素等能被生物可降解的天然高分子进行改 性，可以合成生物可降解高分子材料。此法虽然原料充沛，但一般不 易成型加工，而且产量小，限制了它们的应用。化学合成法模拟天然高分子的化学结构，从简单的小分子动身制缶分子链上 含有酯基、酰胺基、肽基的聚合物，这些高分子化合物结构单元中含 有易被生物可降解的化学结构或是在高分子链中嵌入易生物可降解 的链段。化学合成法反映条件苛刻，副产品多，工艺复杂，本钱较高。微生物发酵法许多生物能以某些有机物为碳源，通过代谢分泌出聚酯或聚糖类 高分子。但利用微生物发

7、酵法合成产物的分离有必然困难，且仍有一 些副产品。生物可降解高分子材料开发的新方式酶促合成用酶促法合成生物可降解高分子材料，得益于非水酶学的发展， 酶在有机介质中表现出了与其在水溶液中不同的性质，并拥有了催化 一些特殊反映的能力，从而显示出了许多水相中所没有的特点。酶促合成法与化学合成法结合利用酶促合成法具有高的位置及立体选择性,而化学聚合则能有效的 提高聚合物的分子量，因此，为了提高聚合效率，许多研究者已开始 用酶促法与化学法联合利用来合成生物可降解高分子材料4、生物可降解高分子材料的应用目前生物可降解高分子材料主要有两方面的用途：（1）利用其生 物可降解性,解决环境污染问题，以保证人类生存环境的可持续发展。 通常，对高聚物材料的处置主要有填埋、焚烧和再回收利用等3种方 式，但这几种方式都有其短处。（2）利用其可降解性，用作生物医用 材料。目前，我国一年约生产300（）多亿片片剂与控释胶囊剂，其中 70%以上是上了包衣的表皮，其中包衣片中有80%以上是传统的糖衣 片，而国际上发达国家80%以上利用水溶性高分子材料作薄膜衣片， 因此，我国的片剂制造水平与国际先进水平有很大的差距。国外片剂 和薄膜衣片多采用羟丙基甲纤维素，羟丙纤维素、丙烯酸树脂、聚乙 烯口比咯烷酮、醋酸纤维素、邻苯二甲酸醋酸纤维素