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淺談生物可降解高分子材料的應(yīng)用
在包裝行業(yè)中，高分子材料的應(yīng)用越來越多，下面是小編搜集整理的一篇探究生物可降解高分子材料應(yīng)用的論文范文，供大家閱讀參考。
摘要：目前我國的高分子材料的生產(chǎn)和使用已躍居了世界前列。為盡量減少對人類環(huán)境的污染，許多的高聚物迫切需要進(jìn)行生物可降解。本文主要探討了生物可降解高分子材料現(xiàn)階段的開發(fā)應(yīng)用情況。
關(guān)鍵詞：高分子材料 可降解 生物
1、前言
現(xiàn)代材料包括金屬材料、無機(jī)非金屬材料和有機(jī)高分子材料三大類。20世紀(jì)后，合成高分子材料的研究迅速增加，給人們生活帶來了巨大的便利。隨著高分子材料在各個領(lǐng)域的大量應(yīng)用， 廢棄的高分子材料對環(huán)境的污染已成為世界性的問題。治理白色污染和尋找新的友好型非石油基聚合物是當(dāng)前全球關(guān)注的問題。 生物降解材料正是治標(biāo)又治本的有效途徑，也是我國可持續(xù)發(fā)展的需要。
2、生物降解機(jī)理
高分子材料的降解分為光降解與光學(xué)化降解、機(jī)械化學(xué)降解、熱降解與熱學(xué)化降解、臭氧引發(fā)降解、離子降解、輻射分解降解以及生物降解等。生物降解是指高分子材料通過溶劑化作用、 簡單的水解或酶反應(yīng)，以及其他有的機(jī)體轉(zhuǎn)化為相對簡單的中間產(chǎn)物或小分子的過程。
高分子材料的生物降解過程可分為 以下4 個階段：水合作用、強(qiáng)度損失、物質(zhì)整體化喪失和質(zhì)量損失。依靠范德華力和氫鍵維系的二次、三次結(jié)構(gòu)的破裂而引發(fā)的高分子水合作用以及可能因化學(xué)或酶催化水解而破裂的高分子主鏈?zhǔn)垢叻肿硬牧系膹?qiáng)度降低。對交聯(lián)高分子材料強(qiáng)度的降低，可能由于高分子主鏈、外懸基團(tuán)、交聯(lián)劑的開裂等造成。高分子鏈的進(jìn)一步斷裂會導(dǎo)致分子量降低和質(zhì)量損失。最后分子量足夠低的小段分子鏈被酶進(jìn)一步代謝為二氧化碳、水等物質(zhì)�？傊�， 生物的降解并非是單一機(jī)理，而是一個復(fù)雜的生物物理、生物化學(xué)的協(xié)同作用， 還是一個相互促進(jìn)的物理化學(xué)過程。目前為止，除了生物降解外，高分子材料在機(jī)體內(nèi)的降解還被描述為生物吸收、 生物侵蝕及生物劣化等。
3、生物可降解高分子材料的應(yīng)用
生物可降解高分子材料的應(yīng)用范圍很廣，可用于農(nóng)業(yè)、園林、水產(chǎn)以及裝潢、包裝、衛(wèi)生、 化妝品等領(lǐng)域，由于成本等因素，目前研究多集中在生物醫(yī)療工程領(lǐng)域。
3.1農(nóng)業(yè)、園林、土木等用材
農(nóng)業(yè)、園林、土木等用材包括苗圃用膜材、樹根包裝袋、防草用地膜、多功能卷材、坡面防護(hù)綠化卷材等。各種膜材和功能片材的使用時間不同，有的要求 1 個季節(jié)，有的最少要求 1- 3 年，例如：在樹苗培植的幾年時間里，用于植樹方面的材料最終慢慢降解回歸土壤. 目前，一些先進(jìn)的農(nóng)業(yè)國家不斷投資建造以家畜糞或農(nóng)業(yè)廢棄物為原料的堆肥生產(chǎn)裝置，農(nóng)用等可降解塑料也可通過這些裝置回歸自然.
3.2裝潢、衛(wèi)生、生活、雜品
裝潢、衛(wèi)生、生活、雜品、醫(yī)療用材包括地毯墊布、包裝袋、壁紙、帽子、內(nèi)衣、餐巾紙、桌布、茶葉袋等等。以上大多數(shù)都是一次性用品，用后掩埋或燃燒均無毒氣產(chǎn)生，還可以與其他有機(jī)廢棄物一起變?yōu)槎逊剩?回歸自然。值得一提的是，一些具有生物體適應(yīng)性的生物可降解高分子材料，可以廣泛地應(yīng)用于與生物體相接觸的地方，今后還將研究出更廣泛的用途.例如：一種稱為 “自由樹脂” 的材料，能在60℃熱水里化成一團(tuán)軟泥，可以加工成各種形狀的裝飾品、玩具、文具等。冷卻后，有足夠的強(qiáng)度并長期不變形，再加熱后又可以形成新的造型。
3.3包裝工程中的應(yīng)用
在包裝行業(yè)中，高分子材料的應(yīng)用越來越多，但是大量廢棄的包裝材料給環(huán)境造成了巨大污染。僅靠減少使用量是不能根本地解決問題的，采用降解性高分子才是可行的辦法。目前，各種包裝材料中聚乳酸具有最大、最有潛力的應(yīng)用市場。聚乳酸的阻氣阻水性、可印刷性及透明性良好， 并且其基本原料乳酸是人體固有的物質(zhì)之一，對人體無毒無害，在食品包裝市場上有很大的前景。
很多大公司都看好這種新型的環(huán)保材料�？煽诳蓸饭驹邴}湖城的冬奧會上用了50萬只聚乳酸塑料制成的一次性杯子，這些杯子只需40天就可在露天的環(huán)境下消失得無影無蹤。
3.4生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域
生物可降解材料在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域上的應(yīng)用原理是在機(jī)體生理條件下，通過水解或酶解，從大分子的物質(zhì)降解為對機(jī)體無損害的小分子物質(zhì)或者是小分子物質(zhì)在生物體內(nèi)自行降解，最后通過機(jī)體的新陳代謝完全吸收和排泄出去，對機(jī)體不產(chǎn)生任何毒副作用。生物降解材料已被廣泛用于人造皮膚、縫合線、體內(nèi)藥物緩釋劑和骨固定材料等外科手術(shù)中。聚丙烯、尼龍及聚酯纖維等合成纖維制成的醫(yī)用縫合線不能被機(jī)體吸收，會產(chǎn)生排異的現(xiàn)象，而且在傷口愈合后還要進(jìn)行再次手術(shù)才能去除。采用聚L-丙交酯(PLLA)、聚乙交酯及其共聚物等制成的外科縫合線，可在傷口愈合后自動降解并被生物體所吸收，無需拆線，現(xiàn)已商業(yè)化。用生物可降解的高分子材料制成的人造皮膚可應(yīng)用于治療燒傷換皮等場合。另外，在治療過程中還可將抗生素類藥物及骨生長調(diào)節(jié)蛋白、骨生長因子等植入材料中，可以防止感染并促進(jìn)骨愈合，控制藥物在體內(nèi)的釋放速率，使藥物在體內(nèi)能夠保持有效的濃度，減小或消除副作用，尤其是在植入或附于病區(qū)時，則更能顯示其優(yōu)越性。微膠囊技術(shù)在控制藥物定時釋放、增加藥物的穩(wěn)定性、降低藥物毒副作用和有效利用率等方面具有積極意義。
4、生物可降解高分子前景展望
目前，生物降解聚合物的開發(fā)與應(yīng)用還存在一些問題，國內(nèi)外普遍承認(rèn)，降解塑料比同類現(xiàn)行塑料的產(chǎn)品價格要高許多。聚合物的降解性必然會損害產(chǎn)品的持久性，也會在一定程度上降低它的力學(xué)性能，從而限制生物降解聚合物的應(yīng)用范圍。盡管如此，隨著環(huán)保法規(guī)的完善和人們環(huán)保意識的增強(qiáng)，生物降解聚合物市場繼續(xù)增長，尤其是在包裝材料、塑料薄膜、醫(yī)用材料等領(lǐng)域的應(yīng)用。然而就目前研究的成果而言，欲使其普遍使用仍需經(jīng)過較長的時間。開發(fā)低成本、 具有降解時控性和高效性的生物塑料是這一領(lǐng)域以后研究的主要方向。
總結(jié)
生物可降解高分子材料因其獨特的性能，使得它的發(fā)展前景極為廣闊，同時也為減少環(huán)境的污染，為人類創(chuàng)造一個無污染的環(huán)境發(fā)揮巨大的作用。今后生物可降解高分子材料的開發(fā)研究主要應(yīng)針對聚合物的基本性能、成型加工性能及價格等方面有競爭性的高分子品種。對生物可降解高分子材料的研究應(yīng)主要集中在主要原料(如己內(nèi)酯、乳酸、乳酸甲酯等)及高聚物的產(chǎn)量大、成本低的生物工藝以及新的聚合工藝和新的高分子改性技術(shù)上，加強(qiáng)生物可降解高分子材料的生物降解性能，評價體系的建立和完善， 進(jìn)一步加強(qiáng)生物可降解高分子材料在我國的工業(yè)化進(jìn)程。
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