可降解生物材料

1、可降解生物材料可降解生物材料摘要：要：本文介紹了可降解生物材料的定義，闡述生物降解材料的降解機理及分類(摻混型、化學(xué)合成型、天然高分子型以及微生物合成型材料)。指出降解材料當(dāng)前存在的主要問題并對其發(fā)展前景進行展望。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：生物材料；可降解性；降解機理；分類前言合成高分子材料具有質(zhì)輕、強度高、化學(xué)穩(wěn)定性好以及價格低廉等優(yōu)點，與鋼鐵、木材、水泥并列成為國民經(jīng)濟的四大支柱[1]。然而，在合成高分子材料給人們生活帶來便利、改善生活品質(zhì)的

2、同時，其使用后的大量廢棄物也與日俱增，成為白色污染源嚴(yán)重危害環(huán)境造成地下水及土壤污染危害人類生存與健康，給人類賴以生存的環(huán)境造成了不可忽視的負面影響[2]。另外，生產(chǎn)合成高分子材料的原料——石油也總有用盡的一天，因而，尋找新的環(huán)境友好型材料，發(fā)展非石油基聚合物迫在眉睫，而可生物降解材料正是解決這兩方面問題的有效途徑。1.可生物降解材料定義及降解機理生物降解材料亦稱為“綠色生態(tài)材料”指的是在土壤微生物和酶的作用下能降解的材料。具體地講就是

3、指在一定條件下能在細菌、霉菌、藻類等自然界的微生物作用下導(dǎo)致生物降解的高分子材料[3]。理想的生物降解材料在微生物作用下能完全分解為CO2和H2O。生物降解材料的分解主要是通過微生物的作用因而生物降解材料的降解機理即材料被細菌、霉菌等作用消化吸收的過程。首先微生物向體外分泌水解酶與材料表面結(jié)合通過水解切斷表面的高分子鏈生成小分子量的化合物然后降解的生成物被微生物攝入體內(nèi)經(jīng)過種種代謝路線合成微生物體物或轉(zhuǎn)化為微生物活動的能量最終轉(zhuǎn)化成CO

4、2和H2O[4]。在生物可降解材料中對降解起主要作用的是細菌、霉菌、真菌和放線菌等微生物其降解作用的形式有3種[5]:生物的物理作用由于生物細胞的增長而使材料發(fā)生機械性毀壞；生物的生化作用微生物對材料作用而產(chǎn)生新的物質(zhì)；酶的直接作用微生物侵蝕材料制品部分成分進而導(dǎo)致材料分解或氧化崩潰。2.可生物降解材料的分類及應(yīng)用根據(jù)降解機理生物降解材料可分為[6]生物破壞性材料和完全生物降解材料。微生物合成型生物降解材料是指以有機物為碳源通過微生物的

5、發(fā)酵而得到的生物降解材料主要包括微生物聚酯和和微生物多糖其中微生物聚酯方面的研究較多[9]。材料是含碳為主的聚合物當(dāng)其進入環(huán)境后微生物可把其作為自己的營養(yǎng)物質(zhì)而分解、消化、吸收通過發(fā)酵合成高分子聚酯并將其以顆粒狀存在菌體內(nèi)。目前常見的生物合成生物降解材料有生物聚酯(PHA)和聚羥基丁酯(PHB)[10]。PHA具有類似于塑料的物化特性并具有可控的生物可降解性。美國寶潔公司已經(jīng)開發(fā)成功了作為縫合線、無紡布和各種包裝用材料的PHA系列產(chǎn)品及

6、其多種應(yīng)用。目前PHA在全球的研究主要集中在利用其生物可降解性、生物相容性等特征開發(fā)在醫(yī)療、制藥、電子等高附加值領(lǐng)域的用途。PHB是一種硬而脆的熱塑性聚合物其常溫下的力學(xué)性能與PP相當(dāng)導(dǎo)致PHB這種力學(xué)性能的主要原因應(yīng)為結(jié)晶度和結(jié)晶形態(tài)。3.存在問題近年來國內(nèi)外可生物降解材料得到了很快的發(fā)展。尤其是一次性使用材料制品如可降解食品包裝袋、飲料瓶、農(nóng)用薄膜等已實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。但是目前可生物降解材料的開發(fā)和應(yīng)用還存在以下的一些問題:(1)市

7、場應(yīng)用。由于生產(chǎn)可降解材料的成本偏高造成其在市場中價格偏高這樣就給可降解材料的推廣造成了很大的影響。(2)技術(shù)與工藝。與傳統(tǒng)塑料相比可降解材料存在抗水性差、力學(xué)性能差和加工性能差的問題很難滿足工業(yè)化生產(chǎn)要求。另外降解材料準(zhǔn)確的降解時控性用后快速降解性、徹底降解性以及邊角料的回收利用技術(shù)等還有待進一步提高和完善。(3)降解材料的標(biāo)準(zhǔn)及試驗評價方法。對生物降解材料世界上尚沒有統(tǒng)一的試驗評價方法識別標(biāo)志和產(chǎn)品檢測技術(shù)致使缺乏正確統(tǒng)一的認(rèn)識和確

8、切的評價產(chǎn)品市場比較混亂真假難辯。4.展望近年來隨著原料生產(chǎn)和制品加工技術(shù)的進步可生物降解材料備受關(guān)注成為可持續(xù)、循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展的焦點。目前我國生物降解材料開發(fā)和應(yīng)用領(lǐng)域在自主知識產(chǎn)權(quán)、創(chuàng)新型產(chǎn)品等方面的研發(fā)能力、投入量等方面均有待提高生物降解材料的回收處理系統(tǒng)還有待完善。為了更好的實現(xiàn)可生物降解材料的產(chǎn)業(yè)化今后還應(yīng)該在以下幾個方面做出努力:一是建立快速、簡便的生物降解性的評價方法反映降解材料在自然界中生物降解的實際情況；二是進一步研究可