可生物降解高分子材料的分類及應用研究

李闖

（鄭州大學，河南 鄭州 450000）

可生物降解高分子材料的分類及應用研究

李闖

（鄭州大學，河南 鄭州 450000）

隨著環境污染的逐漸加重，人們也越來越注重環境友好材料的研究和應用。而可生物降解高分子材料具有顯著的環境友好性，所以其研究引起了越來越多的關注。基于這種情況，本文對可生物降解高分子材料的分類進行了介紹，并且對其應用情況展開了分析，從而為關注這一話題的人們提供參考。

可生物降解；高分子材料；分類；應用

高分子材料的大量應用，使人類生存生活產生了大量的廢棄高聚物，以至于對環境造成了較大的污染。而研究可生物降解高分子材料，則是為了減少廢棄物的數量，從而使人類取得可持續的發展。因此，有必要對可生物降解高分子材料的分類及應用問題展開研究，以便更好的減少環境污染，并且使人類社會取得更好的發展。

1　可生物降解高分子材料的分類

1.1天然高分子材料

在日常生活中，纖維素和甲殼素是高產的天然高分子材料，年生物合成量將超出1 030 t。此外，蛋白質和淀粉等物質也都屬于天然高分子材料，利用這些材料制成的材料具有較好的生物相容性，能夠完全降解，并且安全無毒。所以，利用天然高分子材料進行產品制作，能夠實現天然再生資源的充分利用，并且較好的實現環境治理[1]。但是，天然高分子材料的熱力學性能較差，往往無法滿足工程材料的加工需求。在使用天然高分子材料時，通常需要進行材料的化學修飾，并且實現分子將的共混，以便獲得具有良好降解性和實用性的生物降解材料。

1.2化學合成高分子材料

化學合成高分子材料就是利用化學合成法制成的高分子材料，通常由含有脂基結構的脂肪族聚酯組成。就目前來看，常用的化學合成高分子材料有聚乳酸、多酚、聚已內酯等。相較于天然高分子材料，該種高分子材料能夠通過化學分子進行高分子結構設計，所以能夠獲得擁有較好物理性能的材料。

1.3微生物合成高分子材料

通過為微生物提供碳源和氮源等物質，則能夠合成需要的高分子物質。就目前來看，常用的微生物合成高分子材料有多糖、微生物聚酯和聚乳酸等。這些材料能夠完全生物分解，具有較高的熱塑性，能夠輕易加工成型。但是，這些材料的機械強度和耐熱性較差，合成成本也較高，所以應用范圍有限。

1.4摻混型高分子材料

所謂的摻混型高分子材料，其實就是通過將兩種及兩種以上高分子化合物共聚或共混得到的高分子材料。在摻混性高分子材料的組成材料中，必須含有至少一組的可生物降解材料，一般采取的是殼聚糖、淀粉和纖維素等材料。以淀粉為例，可以將含有淀粉組分的摻混型高分子材料劃分成淀粉充填型、淀粉基質型和淀粉接枝共聚型三類。除了淀粉基質型，其他兩類高分子材料中含有大量不完全生物降解組分。

2　可生物降解高分子材料的應用

2.1在醫藥領域的應用

在醫藥領域，可生物降解高分子材料得到了廣泛的應用。利用高分子藥物緩釋材料，能夠使藥物醫療劑量得到有效控制，并且能夠提升藥物的穩定性和利用率，同時降低藥物的毒副作用。使用該類藥物，則能夠起到減輕患者痛苦和修復患者的基體組織等作用。相較于不可降解的藥物稀釋體系，可生物降解的藥物稀釋體系對藥物性質的依賴程度較小，能夠在更大的范圍進行藥物包裹量和幾何形狀等內容的選擇。同時，可降解稀釋體系的緩釋效率能夠維持恒定，能夠達到零級釋放模式，可以滿足不穩定藥物的釋放要求。而將可生物降解材料當成是藥物載體，并且在手術過程中進行藥物的植入，則能夠在減少患者痛苦的同時，減少利用手術取出長效藥物的麻煩和痛苦。而在外科手術中，使用利用膠原蛋白和聚乳酸制成的手術縫合線，則能夠使手術線在傷口愈合后自動降解，因此能夠避免術后拆線帶來的痛苦。將可生物降解的材料用于制作手術縫合線，能夠使縫合線具有較高的強度和韌性，并且能夠較好的與組織相融合。經研究發現，使用甲殼質支撐手術線具有良好機械性能，在胰液和膽汁中具有較好的拉力強度[2]。此外，使用可生物降解高分子材料也能進行骨固定板和骨釘等手術用具的制作。而在組織再生研究領域，也有研究人員將乳酸、聚乙交酯、聚乳酸和乙交酯的共聚物用于肝臟再生，并且獲得了擁有良好生物適應性的肝臟組織。

2.2在農業領域的應用

在農業領域，應用的可生物降解高分子材料主要包含農用覆蓋膜和藥物釋控。如下表1所示，從2011年開始，中國農用薄膜產量一直在持續增長。而使用不可降解的農用覆蓋膜將導致土壤板結，從而使作物的生長受到阻礙，并且也將對環境造成污染。使用可生物降解材料制成的薄膜，則能夠避免這些現象的產生，并且能夠使土壤保持水分，同時也能夠去除雜草，因此將有利于作物的生長。通常的情況下，常用的降解薄膜多為高吸水性樹脂，具有較好的水分調控功能[3]。在農用藥物釋控方面，使用甲殼素和淀粉等物質制成的高分子材料能夠得到較好的應用，不僅能夠降低藥物對非目標的損害，還能夠防止藥物滲透揮發。而高分子材料的高分子量，將能成為限制化學藥物損失的主要因素，能夠有效防止農業生產藥物的滲透揮發和降解。但就目前來看，使用這些材料進行藥物釋控，還要解決這些物資不溶于標準溶劑的問題。在化肥領域，目前則使用了CR工藝進行甲醛和尿素聚合物的生產，而得到的聚合物在遇到水后會進行尿素的釋放。

表1　 2011～2014年中國農用薄膜產量

2.3在包裝領域的應用

在包裝領域，可生物降解高分子材料擁有的較好的應用前景。在餐飲行業、家電包裝和蔬菜包裝等方面，可生物降解高分子材料都得到了應用。以餐飲行業為例，全國各種一次性餐具年產能將超過500多億，其中一次性餐盒（如下圖1）約為150億，可降解餐盒數量約占總量的20%。而利用可生物降解材料進行非生物降解材料的代替，則能夠使城市廢棄物處理問題得到解決。

圖1　可降解一次性餐盒

3　結論

總之，相較于其他材料，可生物降解高分子材料具有無毒和無污染的特性，能夠有效減少人類生產對環境的污染。但就目前來看，該類材料價格仍然較高，并且產品性能有限，所以導致其應用范圍受到了限制。因此，相關人員還應該加強該類材料的研究，以便通過提升這些材料的性能更好的進行材料的推廣應用。

[1] 曾少華，申明霞，段鵬鵬，等.可生物降解高分子材料的研究與進展[J]. 黏接，2015,01:72～76.

[2] 張翀，楊丹，孟舒，等. 生物可降解高分子材料在避孕領域中的應用進展[J].塑料，2011,01:49～51+20.

[3] 陳喻東.生物可降解高分子材料的開發利用 [J].科技風，2010,01:240.

(P-01)

Study on the classif cation and application of biodegradable polymer materials

X384

1009-797X(2016)14-0062-02

A

10.13520/j.cnki.rpte.2016.14.020

李闖（1993-），男，現鄭州大學本科在讀，研究方向為高分子材料。

2016-05-23