可生物降解材料方面研究

田飞

大连产品质量检验检测研究院有限公司 辽宁大连 116000

1 可生物降解材料的定义及降解机理

关于可生物降解材料的定义，美国材料与试验学会给出了明确的答案，所谓可生物降解材料，指的就是在细菌、真菌藻类等自然界的微生物作用下能够发生降解或分解的高分子材料[1]。通常情况下，可生物降解材料的降解与其化学性质和物理性质的变化有关，另外分子量的降低、小分子物质的生成也有可能影响到可生物降解材料的降解。受到细菌、真菌等微生物的作用，材料最终被分解成二氧化碳和水，就是可生物降解材料的降解机理。通常情况下，可生物降解材料的降解过程分为两个阶段，分别是初级降解和最终降解[2]。在前一阶段中，微生物粘附在高分子材料表面，在微生物生长期间释放出酶，高分子材料受到水解氧化酶的作用，破裂成分子量较小的短链聚合物，到了后一阶段，这些短链聚合物在微生物的作用下，最终被代谢成二氧化碳和水。

2 可生物降解材料的分类

按照降解高分子材料的组成和结构进行划分，可以将高分子材料分为结构型和掺混型[3]。结构型指的是本身具有降解结构的高分子材料，而掺混型指的是在普通高分子材料中加入可降解的物质或促进降解的物质，进而获得可降解高分子材料。可生物降解材料可以分为完全生物降解型和生物破坏型，具体如图1所示。

3 可生物降解材料的应用

3.1 产品包装

聚苯乙烯、聚乙烯和聚丙烯在产品包装中是非常重要的材料，一次性使用商品包装中，其用量更是非常大，这正是造成白色污染的主要源头。人们在日常生活中需考虑采用一些降解塑料来替代白色污染，可生物降解材料制成的产品包装无疑对减少环境污染有着重大意义。一般情况下可生物降解包装材料是将可降解的高分子聚合物加入到层压膜，或者是直接与层压材料共混成膜[4]。如果产品包装用于食品行业，则需要保证食品不腐烂、能够对氧气进行隔离，且材料无毒。

3.2 生物医学领域

当可生物降解材料进入人体后，大分子物质可在水解或酶解的作用下转化为小分子物质，且这种小分子物质不仅对机体无害，还能够在体内实现降解，最终在新陈代谢的作用下被吸收或排泄。被用作外科手术缝合线的可生物降解材料主要有聚乙交酯、聚L-丙交酯（PLLA）及其共聚物[5]，他们能够被机体吸收或自行降解，在完成手术后无需进行拆线；被用于人造皮肤的材料主要有胶原蛋白、甲壳素、聚-L-亮氨酸等，其最主要作用是烧伤治疗、换皮及伤口包扎等；被用于骨固定材料的可生物降解材料有聚乙醇酸（PGA）、聚L-丙交酯（PLLA）等，应用该材料无需再次通过手术取出，同时在材料中可融入抗生素类药物及植物材料，使其具有良好的预防感染、促进愈合的作用；应用可生物降解材料作为体内药物缓释剂能够降低药物副作用、控制药物释放速率、提高药物稳定性与利用率。

3.3 水域环境

目前，水域环境污染问题是一个世界性问题，而塑料垃圾是造成水域环境污染的重要因素之一，它不仅对海洋生态系统具有恶劣影响，同时还危及海洋生物的安全。而若以可生物降解材料代替塑料鱼钩等塑料制品，能够有效的解决塑料垃圾的问题，此种材料能够在水域环境自行降解，将其转化为可参与微生物新陈代谢的低分子化合物。目前对于可降解性塑料的研发已经取得了一定的成绩，通过研究证明聚己内酯（PCL）是一种可在水域环境自行降解的半径型脂肪族聚酯材料，而该材料的应用也代表着可生物降解材料在水域环境中的应用这一课题的研究迈入了新的阶段。

3.4 农业地膜

据数据显示，在农业发展中，农用地膜已经成为了农业三大生产资料之一，但在应用的过程中不难发现，农用地膜若长期留存于土壤中，对土壤结构造成了破坏且产生了重金属污染，这对于农业发展及环境保护都具有不利影响。因此，我国在近些年来格外重视新型可降解地膜的研发，相关单位已经研究出一种非淀粉型可控光和生物降解地膜，该地膜能够实现较为理想的降解效果，使农民不必花费大力气进行揭膜回收，该地膜留存于土壤中也不会对土壤造成破坏。另外，这种地膜的成本较低，且每亩用量较少，容易被农民接受。

4 结语

随着可持续性发展战略的实施，我国越来越重视绿色环保理念的落实，强调能源节约与环境保护，而原料生产与制品加工技术的成熟，也为我国绿色发展提供了重要的技术支持，其中可生物降解材料的研发受到了社会各界人士的关注，它也是可持续、循环经济发展的重要支点，可生物降解材料的研发与应用不仅能够实现能源代替，降低二氧化碳排放量，同时在环境保护及三农问题方面也能够起到积极作用。目前我国对可生物降解材料的研究正处于探索阶段，在未来还应不断完善其研发及回收处理体系，探寻其更多元化的应用。