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淺析可降解高分子材料的應(yīng)用研究（精選7篇）
按來源，生物可降解高分子材料可分為天然高分子和人工合成高分子兩大類，下面是小編搜集整理的一篇探究可降解高分子材料應(yīng)用的論文范文，供大家閱讀參考。
淺析可降解高分子材料的應(yīng)用研究 篇1
摘要：
我國(guó)目前的高分子材料生產(chǎn)和使用已躍居世界前列，每年產(chǎn)生幾百萬噸廢舊物。如此多的高聚物迫切需要進(jìn)行生物可降解，以盡量減少對(duì)人類及環(huán)境的污染。本文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
生物可降解材料，是指在自然界微生物，如細(xì)菌、霉菌及藻類作用下，可完全降解為低分子的材料。這類材料儲(chǔ)存方便，只要保持干燥，不需避光，應(yīng)用范圍廣，可用于地膜、包裝袋、醫(yī)藥等領(lǐng)域。生物可降解的機(jī)理大致有以下3 種方式：生物的細(xì)胞增長(zhǎng)使物質(zhì)發(fā)生機(jī)械性破壞;微生物對(duì)聚合物作用產(chǎn)生新的物質(zhì);酶的直接作用，即微生物侵蝕高聚物從而導(dǎo)致裂解。按照上述機(jī)理，將目前研究的幾種主要的可生物可降解的高分子材料介紹如下。
一、生物可降解高分子材料概念及降解機(jī)理
生物可降解高分子材料是指在一定的時(shí)間和一定的條件下，能被微生物或其分泌物在酶或化學(xué)分解作用下發(fā)生降解的高分子材料。
生物可降解的機(jī)理大致有以下3種方式：生物的細(xì)胞增長(zhǎng)使物質(zhì)發(fā)生機(jī)械性破壞;微生物對(duì)聚合物作用產(chǎn)生新的物質(zhì);酶的直接作用，即微生物侵蝕高聚物從而導(dǎo)致裂解。一般認(rèn)為，高分子材料的生物可降解是經(jīng)過兩個(gè)過程進(jìn)行的。首先，微生物向體外分泌水解酶和材料表面結(jié)合，通過水解切斷高分子鏈，生成分子量小于500的小分子量的化合物;然后，降解的生成物被微生物攝入人體內(nèi)，經(jīng)過種種的代謝路線，合成為微生物體物或轉(zhuǎn)化為微生物活動(dòng)的能量，最終都轉(zhuǎn)化為水和二氧化碳。
因此，生物可降解并非單一機(jī)理，而是一個(gè)復(fù)雜的生物物理、生物化學(xué)協(xié)同作用，相互促進(jìn)的物理化學(xué)過程。到目前為止，有關(guān)生物可降解的機(jī)理尚未完全闡述清楚。除了生物可降解外，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。
二、生物可降解高分子材料的類型
按來源，生物可降解高分子材料可分為天然高分子和人工合成高分子兩大類。按用途分類，有醫(yī)用和非醫(yī)用生物可降解高分子材料兩大類。按合成方法可分為如下幾種類型。
1.微生物生產(chǎn)型。通過微生物合成的高分子物質(zhì)。這類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，可用于制造不污染環(huán)境的生物可降解塑料。如英國(guó)ICI公司生產(chǎn)的'“Biopol”產(chǎn)品。
2.合成高分子型。脂肪族聚酯具有較好的生物可降解性。但其熔點(diǎn)低，強(qiáng)度及耐熱性差，無法應(yīng)用。芳香族聚酯(PET)和聚酰胺的熔點(diǎn)較高，強(qiáng)度好，是應(yīng)用價(jià)值很高的工程塑料，但沒有生物可降解性。將脂肪族和芳香族聚酯(或聚酰胺)制成一定結(jié)構(gòu)的共聚物，這種共聚物具有良好的性能，又有一定的生物可降解性。
3.天然高分子型。然界中存在的纖維素、甲殼素和木質(zhì)素等均屬可降解天然高分子，這些高分子可被微生物完全降解，但因纖維素等存在物理性能上的不足，由其單獨(dú)制成的薄膜的耐水性、強(qiáng)度均達(dá)不到要求，因此，它大多與其它高分子，如由甲殼質(zhì)制得的脫乙�；嗵堑裙不熘频谩�
4.摻合型。在沒有生物可降解的高分子材料中，摻混一定量的生物可降解的高分子化合物，使所得產(chǎn)品具有相當(dāng)程度的生物可降解性，這就制成了摻合型生物可降解高分子材料，但這種材料不能完全生物可降解。
三、生物可降解高分子材料的開發(fā)
傳統(tǒng)開發(fā)生物可降解高分子材料的方法包括天然高分子的改造法、化學(xué)合成法和微生物發(fā)酵法等。
1.天然高分子的改造法。通過化學(xué)修飾和共混等方法，對(duì)自然界中存在大量的多糖類高分子，如淀粉、纖維素、甲殼素等能被生物可降解的天然高分子進(jìn)行改性，可以合成生物可降解高分子材料。此法雖然原料充足，但一般不易成型加工，而且產(chǎn)量小，限制了它們的應(yīng)用。
2.化學(xué)合成法。模擬天然高分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)，從簡(jiǎn)單的小分子出發(fā)制備分子鏈上含有酯基、酰胺基、肽基的聚合物，這些高分子化合物結(jié)構(gòu)單元中含有易被生物可降解的化學(xué)結(jié)構(gòu)或是在高分子鏈中嵌入易生物可降解的鏈段�；瘜W(xué)合成法反應(yīng)條件苛刻，副產(chǎn)品多，工藝復(fù)雜，成本較高。
3.微生物發(fā)酵法。許多生物能以某些有機(jī)物為碳源，通過代謝分泌出聚酯或聚糖類高分子。但利用微生物發(fā)酵法合成產(chǎn)物的分離有一定困難，且仍有一些副產(chǎn)品。生物可降解高分子材料開發(fā)的新方法——酶促合成。
四、生物可降解高分子材料的應(yīng)用
目前生物可降解高分子材料主要有兩方面的用途：
(1)利用其生物可降解性，解決環(huán)境污染問題，以保證人類生存環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。通常，對(duì)高聚物材料的處理主要有填埋、焚燒和再回收利用等3種方法，但這幾種方法都有其弊端。
(2)利用其可降解性，用作生物醫(yī)用材料。目前，我國(guó)一年約生產(chǎn)3000多億片片劑與控釋膠囊劑，其中70%以上是上了包衣的表皮，其中包衣片中有80%以上是傳統(tǒng)的糖衣片，而國(guó)際上發(fā)達(dá)國(guó)家80%以上使用水溶性高分子材料作薄膜衣片，因此，我國(guó)的片劑制造水平與國(guó)際先進(jìn)水平有很大的差距。國(guó)外片劑和薄膜衣片多采用羥丙基甲纖維素，羥丙纖維素、丙烯酸樹脂、聚乙烯吡咯烷酮、醋酸纖維素、鄰苯二甲酸醋酸纖維素、羥甲基纖維素鈉、微晶纖維素、羥甲基淀粉鈉等。
參考文獻(xiàn)：
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淺析可降解高分子材料的應(yīng)用研究 篇2
摘要：
材料科學(xué)的發(fā)展目標(biāo)就是提高材料環(huán)保水平，體現(xiàn)高分子材料應(yīng)用科學(xué)在食品包裝中的生產(chǎn)應(yīng)用價(jià)值。其中，生物可降解高分子材料正是材料科學(xué)研究追求的，例如蛋白質(zhì)、淀粉、聚乙烯醇等材料都可以制作生成人工合成可降解高分子材料，近年來在食品包裝加工領(lǐng)域也有廣泛應(yīng)用。文章專門探討了食品包裝問題，由此引出生物可降解高分子材料及人工合成可降解高分子材料在食品包裝領(lǐng)域中的具體應(yīng)用，借以見證材料科學(xué)的發(fā)展進(jìn)化之道。
關(guān)鍵詞：
生物可降解高分子材料;人工合成;食品包裝;聚乳糖;實(shí)踐應(yīng)用
目前，為保障食品包裝安全且不受到外界不良環(huán)境因素的影響，體現(xiàn)包裝的良好生態(tài)適應(yīng)性，基于生物可降解及人工合成的高分子材料應(yīng)運(yùn)而生。新材料相比傳統(tǒng)的聚乙烯塑料食品包裝材料，更加綠色環(huán)保，是該領(lǐng)域的一次偉大革命，具有極高的應(yīng)用普及性。
1.食品包裝概述
食品包裝滿足了人類食物供給的基本需求，在商品交換與貿(mào)易活動(dòng)中占據(jù)了極為重要的地位，是商品的關(guān)鍵組成部分。食品包裝在功能表現(xiàn)上十分明確，就是保護(hù)商品儲(chǔ)運(yùn)與銷售流通，在流通過程中不被外界環(huán)境污染破壞，提升商品使用價(jià)值也是顯而易見的。
如今，隨著人們?cè)桨l(fā)關(guān)注食品安全問題與環(huán)境污染問題，與食品包裝相關(guān)的諸多問題也被提上議程。傳統(tǒng)食品包裝由于大量采用不可降解分子材料，如聚苯乙烯、聚丙烯等塑料制品，即便在被廢棄以后依然難以降解處理，作為固體廢物嚴(yán)重影響生態(tài)環(huán)境，被稱為“白色污染”。
因此，當(dāng)前人們已經(jīng)對(duì)食品包裝材料選擇作出了綜合考量，希望選用一種可以替代的可降解材料，避免白色污染產(chǎn)生，這就是生物可降解高分子材料[1]。
目前，市面上可降解高分子材料的種類頗多，包括光降解、生物降解、生物雙降解高分子材料。這種材料在一定條件和時(shí)間范圍內(nèi)被微生物或其他分泌物在化學(xué)分解反應(yīng)中降解，最終形成水和二氧化碳，不會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成任何影響，在當(dāng)前的食品包裝生產(chǎn)領(lǐng)域非常受歡迎，改變了這一聚合物加工產(chǎn)業(yè)的未來發(fā)展方向。如果從生物可降解高分子材料的基本特征分析，其具有良好的阻隔性能、機(jī)械性能、耐熱性能等多種優(yōu)勢(shì)性能。通過這些性能指標(biāo)，也能判斷包裝材料的質(zhì)量?jī)?yōu)劣。食品包裝材料包括生物來源的可降解高分子材料以及人工合成的可降解高分子材料，在食品包裝領(lǐng)域中的實(shí)踐應(yīng)用都相當(dāng)廣泛[2]。
2.食品包裝中生物及人工合成可降解高分子材料的實(shí)踐應(yīng)用
如今，食品包裝材料選用的是綠色生態(tài)環(huán)保的生物可降解高分子材料。與此同時(shí)，人類又發(fā)明了基于生物可降解高分子材料的人工合成可降解高分子材料，二者的生產(chǎn)制作，本質(zhì)都是以生物來源為主，都代表了人類社會(huì)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步。下文就首先介紹了食品包裝中的生物可降解高分子材料[3]。
2.1食品包裝中的生物可降解高分子材料實(shí)踐應(yīng)用
基于生物來源的可降解高分子材料，包括天然和微生物合成兩種可降解材料。目前，比較常見的生物可降解高分子材料包括淀粉、蛋白質(zhì)、殼聚糖等。
第一，淀粉。淀粉在日常生活中十分常見，來自谷類、薯類植物的種子、根莖等組織，屬于多糖化合物產(chǎn)物。淀粉的.可貴之處在于能夠在任何環(huán)境中被完全降解，屬于天然可降解材料。目前，天然淀粉和改性淀粉都能被應(yīng)用于食品包裝加工領(lǐng)域中。從淀粉的化學(xué)分子屬性分析，其能夠制作生成具有高合成屬性的薄膜材料，這種材料透明且無色無味，同時(shí)具有低透氧性等特性。
淀粉膜作為聚合物也有缺陷，例如，其具有低機(jī)械性能與強(qiáng)透水性，導(dǎo)致淀粉薄膜在食品包裝使用過程中受到一定限制。目前，淀粉可降解高分子材料有所改良，主要是將淀粉與PCL聚己內(nèi)酯相互結(jié)合改性處理，制作生成了具有極高機(jī)械性能的單膜。如具有高質(zhì)量的玉米淀粉+殼聚糖混合高分子可降解材料，這種材料制作生成的食品包裝具有復(fù)合性與可食性，屬于典型的具有柔韌性與延展性的復(fù)合膜。這種食品包裝的單膜性能是相當(dāng)理想的，可與其他各種生物可降解材料共同混合應(yīng)用于食品包裝加工領(lǐng)域。從作為食品包裝產(chǎn)品的作用上看，這種淀粉包裝復(fù)合薄膜在包裝牛肉餅等炸制食品時(shí)，可抑制食品中脂肪的氧化與水分流失，可避免食品快速產(chǎn)生異味，因?yàn)檩^好地抑制了食品中微生物的增生速度，在肉制品包裝保鮮過程中具有實(shí)用價(jià)值[4]。
第二，蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)作為另一種天然可降解材料，其中包含20多種蛋白原氨基酸，屬于多肽化合物。如果對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行熱、酸、堿溶劑處理，就會(huì)改變其結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)。
但是，相比目前市面上比較常見的合成膜，蛋白質(zhì)膜在耐水性與機(jī)械強(qiáng)度方面表現(xiàn)偏差，但具有極佳的阻隔性，這一點(diǎn)遠(yuǎn)勝各種多糖復(fù)合膜。目前，用于食品包裝制作中的蛋白質(zhì)類型，就包括大豆、玉米醇溶、豌豆、葵花蛋白等，其都能制作生成食品級(jí)別的復(fù)合膜。
膠原蛋白也是蛋白質(zhì)中的一種，其結(jié)締組織中的蛋白質(zhì)成分相當(dāng)豐富，主要存在于動(dòng)物的血管、骨質(zhì)組織中。
膠原蛋白在食品包裝工業(yè)中的應(yīng)用前景相當(dāng)廣闊，其可以集中應(yīng)用于可食性包裝膜上，其中就以蛋白質(zhì)、多糖等作為制作原料。當(dāng)然，在某些食品粘合劑、纖維膜中，也能看到膠原蛋白作為食品包裝的原材料，為食物保鮮增加了一道保護(hù)層。
利用膠原蛋白制作成的食品包裝，在保鮮與防腐方面表現(xiàn)出色，例如可制作成人造腸衣用于香腸制品，也可以制作成魚、肉類的外包裝紙，或糖果、果脯的內(nèi)包裝膜，實(shí)用價(jià)值很高。作為一種食品包裝材料，其拉伸強(qiáng)度表現(xiàn)出色，在熱封阻氣、阻油、阻濕等方面也有不俗表現(xiàn)，具有極好的耐熱屬性[5]。
第三，殼聚糖。這種從蝦蟹等甲殼類動(dòng)物體內(nèi)提取的天然可降解高分子材料具有多糖屬性，這種糖類就叫做堿性氨基類多糖，具有無毒特性且生物相容性表現(xiàn)良好，且可以再生，綠色環(huán)保。
采用殼聚糖作為食品包裝材料的另一大優(yōu)勢(shì)是具有良好的抑菌特性。例如，可以將殼聚糖直接制作成溶液噴涂于水果上，能形成一層無色無味的生物性保鮮薄膜，供人直接食用。
殼聚糖也屬于單膜形式的食品包裝材料，因?yàn)槠淇梢耘c其他某些聚合物形成復(fù)合保鮮薄膜。殼聚糖就能與聚乙烯醇共同制作成復(fù)合膜，其透明且阻水、阻熱性表現(xiàn)優(yōu)異，降低了果蔬的呼吸強(qiáng)度，延長(zhǎng)了果蔬保鮮時(shí)間。據(jù)研究表明，殼聚糖的包容性與成膜性都非常出眾，是目前食品包裝的不二之選[6]。
除上述三種生物可降解高分子材料外，纖維素也能被應(yīng)用于食品包裝中。纖維素來自植物細(xì)胞壁，屬于天然可降解有機(jī)物，生物相容性表現(xiàn)出色。用這種材料制作食品包裝，安全穩(wěn)定、無毒無害。再者就是草漿，這種材料可用于一次性餐具食品包裝，相比傳統(tǒng)的塑料，在生態(tài)環(huán)保性方面表現(xiàn)更優(yōu)。
采用生物天然可降解高分子材料的優(yōu)勢(shì)就在于，在材料包裝方面透氣性表現(xiàn)良好，具有極強(qiáng)的吸水保濕性與化學(xué)穩(wěn)定性，是人們追求食品安全道路上的重要保障[7]。
2.2食品包裝中的人工合成可降解高分子材料實(shí)踐應(yīng)用
在食品包裝中采用生物可降解高分子材料是必要的，因?yàn)槠鋵?duì)食品保鮮安全水平的提高有目共睹。
當(dāng)然，為了節(jié)約成本，目前人們?cè)谏锊牧系幕A(chǔ)上進(jìn)一步研究提出了基于人工合成的可降解高分子材料，這種材料在自然界中并不存在，主要是通過化學(xué)方法制作而成，屬于生物可降解高分子材料中的新興品種。
存在于食品包裝中的人工合成可降解高分子材料主要包括聚乳酸（PLA）、聚乙烯醇（PVA）、聚碳酸亞丙酯（PPC）、聚己內(nèi)酯（PCL）等。
2.2.1聚乳酸（PLA）
聚乳酸（PLA）以乳酸作為原材料，可生產(chǎn)新型聚酯材料。目前，比較常見的是左旋、右旋、外消及內(nèi)消聚乳酸，都是典型的光學(xué)異構(gòu)對(duì)應(yīng)體，其中，用于食品包裝制作的是左旋異構(gòu)聚合體聚乳酸，即L—PLA。L—PLA的生物降解性表現(xiàn)良好，具有友好的環(huán)境特性，能夠用于堆肥，具有極佳的成膜透明性及力學(xué)特性，加工成型相當(dāng)方便。
目前，在包裝餐盒、餐具中常用到L—PLA是典型的綠色包裝材料。就這一材料的貯藏保鮮實(shí)驗(yàn)而言，可確保果蔬貯藏15小時(shí)以上，保鮮效果表現(xiàn)良好。在L—PLA中采用小麥蛋白涂覆，在提高阻隔性表現(xiàn)方面非常出色，可滿足氣調(diào)包裝要求，形成復(fù)合式薄膜。例如利用這一復(fù)合膜可對(duì)草莓實(shí)施氣調(diào)包裝，極大地延長(zhǎng)草莓的保鮮保質(zhì)期。
2.2.2聚乙烯醇（PVA）
聚乙烯醇（PVA）的主鏈包含了雙碳鍵，直接與乙烯基聚合物相互連接，物理特性表現(xiàn)優(yōu)越，黏度、乳化性質(zhì)及分散力都表現(xiàn)突出，具有極強(qiáng)的拉伸強(qiáng)度、柔韌性及成膜特性。
作為一種耐水、耐油溶劑，PVA在食品工業(yè)成膜技術(shù)中表現(xiàn)出色。借助出色的生物可降解性，目前美國(guó)農(nóng)業(yè)管理部門在肉類檢驗(yàn)與家禽加工生產(chǎn)中采用的就是PVA材料。不過，PVA材料中包含了大量的羥基結(jié)構(gòu)分子，結(jié)晶溫度相對(duì)較高，這就造成了其在熔融溫度控制上超過分解溫度，難以做到熱塑成型。
為彌補(bǔ)PVA結(jié)構(gòu)不足問題，要采用PVA與物質(zhì)建立共混改性機(jī)制，提高單膜拉伸應(yīng)力與斷裂伸長(zhǎng)率，如此成膜效果更佳。
如今，基于PVA的復(fù)合材料已經(jīng)出現(xiàn)，例如，PVA—海藻糖復(fù)合材料也能作為食品包裝成膜，形成三層復(fù)合薄膜，機(jī)械性能相比單膜更佳，可以將PVA的質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在20%左右。這一復(fù)合薄膜對(duì)冷鮮肉的保鮮效果是相當(dāng)理想的，最長(zhǎng)可保鮮19天[8]。
2.2.3聚碳酸亞丙酯（PPC）
聚碳酸亞丙酯（PPC）屬于典型的交替共聚合物，其中的脂肪族多元醇物質(zhì)豐富，在完全降解后可形成高分子材料，生物相容性表現(xiàn)出色。同時(shí)，其具有一定的半透明性、耐沖擊性等特殊屬性。
這種材料的優(yōu)勢(shì)在于價(jià)格成本低廉，可被廣泛應(yīng)用于黏合劑上，但PPC機(jī)械性能表現(xiàn)薄弱，如在40 ℃環(huán)境中就容易被軟化，這在一定程度上限制了該材料在食品包裝領(lǐng)域中的應(yīng)用。PPC與天然生物可降解高分子材料能夠融合形成纖維素、淀粉等復(fù)合材料。
目前，國(guó)內(nèi)已經(jīng)研發(fā)出以PPC為主的四層復(fù)合薄膜，可以被成功應(yīng)用于食品包裝領(lǐng)域中，如可將冷鮮肉類產(chǎn)品保質(zhì)期延長(zhǎng)到23天以上。這種材料的價(jià)格成本相當(dāng)?shù)土�，但使用價(jià)值相對(duì)較高，已經(jīng)能夠完全替代市面上的PE薄膜材料。
PPC的拉伸模量比較出色，也具有一定的拉伸強(qiáng)度，這可確保儲(chǔ)存模量最高達(dá)到70 ℃，建立多層復(fù)合膜背景下的阻氧與阻濕性能機(jī)制，有效改善PPC的穩(wěn)定性能與機(jī)械性能。
在制備PPC的過程中，可專門制作ASP—PPC復(fù)合材料，其中，ASP的添加量達(dá)到90%以上。此時(shí)，復(fù)合材料的溫度會(huì)提高到42.5℃以上，這有效拓展了PPC材料的使用溫度范圍，也體現(xiàn)出PPC材料的高實(shí)用價(jià)值。
2.2.4聚己內(nèi)酯（PCL）
聚己內(nèi)酯（PCL）屬于一種生物降解型高分子材料，也是不可再生原材料，具有極好的生物相容性。PCL在降解時(shí)間與滲透性能調(diào)整方面表現(xiàn)出色，在食品包裝吹膜、拉絲方面具有廣闊的應(yīng)用前景。
另外，PCL在應(yīng)用食品加工領(lǐng)域研發(fā)中，需要配合淀粉共混制備食品包裝材料，配合熔融共混方法成功制備性能出色的復(fù)合食品包裝材料，結(jié)合不同比例的PCL材料延長(zhǎng)食品保鮮保質(zhì)期，薄膜的阻氧性與阻濕性方面也有所強(qiáng)化，研究表明，復(fù)合薄膜具備極高的水蒸氣與氧氣阻隔性能。
另外，結(jié)合雙螺旋熔融技術(shù)也能配合PPC、ASP制作生成復(fù)合材料，其材料的熱降解溫度與玻璃化轉(zhuǎn)變溫度都表現(xiàn)良好，可形成多種組合的復(fù)合材料。其耐熱性表現(xiàn)也相當(dāng)好，可配合PPC材料提高食品包裝質(zhì)量[9]。
目前，PPC材料在食品包裝工業(yè)中的應(yīng)用已經(jīng)日益廣泛，這主要是因?yàn)闇囟绒D(zhuǎn)化適應(yīng)能力表現(xiàn)較強(qiáng)，在結(jié)合雙螺旋熔融技術(shù)的過程中實(shí)現(xiàn)了改性轉(zhuǎn)化，具有一定的發(fā)展前景。
3.結(jié)語
綜上所述，生物可降解性高分子材料具有極為廣泛的來源與較高的實(shí)用性能。目前，基于人工合成的可降解高分子材料的適用范圍更廣，也不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，體現(xiàn)了一定的實(shí)用價(jià)值與商業(yè)性。與此同時(shí)，解決了成本較高、性能表現(xiàn)不突出、加工工藝缺陷較多等問題，解決了相關(guān)發(fā)展的制約問題。
未來，必然會(huì)出現(xiàn)更多有關(guān)生物可降解高分子材料的相關(guān)研究，創(chuàng)新食品包裝技術(shù)應(yīng)用思路，提高食品安全保鮮水平，造福人民。
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淺析可降解高分子材料的應(yīng)用研究 篇3
摘要：
高分子材料又被稱作聚合物材料，是一種應(yīng)用十分廣泛的物質(zhì)。近年來，環(huán)境問題受到越來越高的重視。以塑料和工業(yè)涂料為首的高分子材料由于降解時(shí)間長(zhǎng)、環(huán)境污染較大等問題使其發(fā)展受到制約。在這種情況下，新興的生物可降解高分子材料得到了研究人員的關(guān)注�；诖�，本文首先介紹生物可降解高分子材料的定義和分類，隨后論述這種材料的應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞：
生物可降解;高分子材料;環(huán)境保護(hù)
一、引言
隨著科學(xué)的發(fā)展，各種各樣的高分子材料被應(yīng)用到日常生產(chǎn)和生活中。這些高分子材料絕大多數(shù)降解時(shí)間都很長(zhǎng)，導(dǎo)致目前至少有超過1億噸的高分子廢棄物只能進(jìn)行自然降解處理因而變成了污染源。這種狀況與“綠色發(fā)展”的理念嚴(yán)重不符。為了解決污染問題，各國(guó)開始對(duì)生物可降解高分子材料進(jìn)行研究。這種新興材料在性能上與傳統(tǒng)高分子材料無太大差異，并且具有可以完全生物降解的特性。
二、生物可降解高分子材料的定義和降解機(jī)理
生物可降解高分子材料指的是在自然環(huán)境下，通過水的參與，可以被微生物或者某些酶分解為普通分子物質(zhì)的高分子材料。這些微生物包括藻類、細(xì)菌和霉菌。分解的過程本質(zhì)上是一個(gè)由微生物或者某些酶參與的水解過程。在這一過程中，高分子材料的分子量逐漸減小，最終變成單體分子物質(zhì)或者如二氧化碳和水這樣的代謝物質(zhì)。
對(duì)于此類高分子材料的生物降解機(jī)理，大體上可以分為兩個(gè)環(huán)節(jié)。一方面是與自然環(huán)境相關(guān)的物理因素;另一方面是與微生物相關(guān)的化學(xué)因素。在物理因素方面，生物可降解高分子材料受到陽(yáng)光輻照以及空氣中水分的影響，導(dǎo)致這些材料的活性增強(qiáng)，便于自然降解。在化學(xué)因素方面，微生物通過代謝活動(dòng)或者產(chǎn)生某些水解酶侵蝕或者直接切斷生物可降解高分子材料的分子鏈，直接對(duì)其進(jìn)行降解;降解之后的產(chǎn)物被微生物攝入到體內(nèi)，為微生物的活動(dòng)提供能量，其余的代謝產(chǎn)物將會(huì)以水和二氧化碳的形式流入到物質(zhì)循環(huán)的過程中去。
三、生物可降解高分子材料的分類
按照不同的分類方式可以將生物可降解高分子材料分成不同的類型。本文將根據(jù)生物可降解高分子材料的合成方式對(duì)其進(jìn)行分類介紹。
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自然界中存在大量有機(jī)高聚物，其中很多都可以作為高分子材料使用。在這些自然形成的有機(jī)聚合物當(dāng)中，例如天然橡膠、甲殼素、蛋白質(zhì)、瓊脂、纖維素和木質(zhì)素等，在自然環(huán)境下都可以通過微生物進(jìn)行降解，而且產(chǎn)物沒有任何毒性，更不會(huì)對(duì)環(huán)境造成影響。因此，從定義上來說，這些天然的有機(jī)聚合物都屬于生物可降解高分子材料。這些自然合成的生物可降解高分子材料由于熱塑性較差，因此加工制造存在一定困難。此外，這類高分子材料的力學(xué)性能以及復(fù)雜環(huán)境下的工作可靠性也不是很理想。
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通過化學(xué)合成制造生物可降解高分子材料目前最為常見。這種方法合成的生物可降解高分子材料主要為脂肪族聚酯，較為常見的包括聚乳酸（PLA）、聚乙烯醇（PVA）以及聚丁二酸酯（PBS）等。其中發(fā)展最為迅速的`是聚乳酸。此外，通過化工方法還可以合成芳香族聚酯，該類聚合物不具有生物降解的特性。但是，芳香族聚酯材料的強(qiáng)度、熔點(diǎn)以及可加工性都要優(yōu)于脂肪族聚酯構(gòu)成的高分子材料�；谏鲜鲈颍恍﹪�(guó)家和科研單位開始著手研究將芳香族聚酯和脂肪族聚酯按照一定結(jié)構(gòu)組成共聚物，使這種新材料既具有較好的理化特性，又能夠進(jìn)行生物降解，保護(hù)環(huán)境。
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利用微生物合成生物可降解高分子材料的方法近年來得到了越來越廣泛的應(yīng)用。它的合成原理是微生物在含有氮、磷等礦物質(zhì)元素的環(huán)境中利用產(chǎn)生的酶將脂肪族聚酯降解，再將這些水解后的物質(zhì)收集到一起形成新的高分子。這些新生成的高聚物含有大量的多糖和微生物聚酯。例如，在一定條件下，真氧產(chǎn)堿桿菌可以利用某些碳源產(chǎn)生聚-β-羥丁酸，廣泛應(yīng)用于食品包裝以及薄膜生產(chǎn)上。
四、生物可降解高分子材料的發(fā)展前景
�。ㄒ唬┺r(nóng)業(yè)方面
作為傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)國(guó)，我國(guó)每年要消耗數(shù)量極大的塑料地膜、大棚保暖層以及農(nóng)產(chǎn)品包裝袋等。這些物資如果使用傳統(tǒng)塑料制品，將會(huì)對(duì)環(huán)境造成巨大污染。隨著材料制造技術(shù)的不斷發(fā)展，生物可降解高分子材料逐步替代了傳統(tǒng)的塑料制品被應(yīng)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上。這種材料不僅可以在自然狀態(tài)下進(jìn)行生物降解，保護(hù)了環(huán)境;而且降解產(chǎn)物還能為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供養(yǎng)分，達(dá)到一種良性循環(huán)的狀態(tài)。
�。ǘ┽t(yī)學(xué)方面
生物可降解高分子材料由于對(duì)人體危害很小所以被廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)方面。早在20世紀(jì)七八十年代，生物可降解高分子材料就被應(yīng)用于膠囊類藥品的藥物釋放體系當(dāng)中，作為緩釋制劑的載體。隨后這種高聚物材料又被作為手術(shù)縫合線以及骨科損傷固定材料應(yīng)用于外科手術(shù)當(dāng)中。近年來，隨著醫(yī)學(xué)技術(shù)的發(fā)展，生物可降解高分子材料逐步在細(xì)胞組織修復(fù)工作中發(fā)揮重要作用。
�。ㄈ┌b材料方面
塑料袋以及其他產(chǎn)品包裝袋向來是重要的環(huán)境污染源。將生物可降解高分子材料應(yīng)用到產(chǎn)品包裝方面，可以在極大程度上緩解、治理“白色污染”。所以這種新興材料被越來越多地應(yīng)用到物品包裝方面。例如在2017年問世的“Ooho”，就直接利用從棕藻中提取的海藻基膜包裝飲用水，代替了傳統(tǒng)的塑料水瓶包裝，從源頭上解決了塑料水瓶對(duì)于陸地以及海洋環(huán)境的污染。
五、結(jié)束語
廣泛應(yīng)用生物可降解高分子材料符合我國(guó)“保護(hù)環(huán)境”的基本國(guó)策以及“科學(xué)發(fā)展觀”的戰(zhàn)略思想。從生產(chǎn)應(yīng)用方面來看，生物可降解高分子材料的成本相比于傳統(tǒng)高聚物材料仍然高出很多。從制備技術(shù)方面來看，這種材料的生產(chǎn)加工仍然存在困難。但是，作為一種新興材料，生物可降解高分子材料是解決全球化環(huán)境問題的重要突破口，具有廣闊的發(fā)展前景。所以，在機(jī)遇與挑戰(zhàn)面前加快發(fā)展腳步，對(duì)于我國(guó)生物可降解高分子材料的未來至關(guān)重要。
參考文獻(xiàn)：
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淺析可降解高分子材料的應(yīng)用研究 篇4
【摘要】
生物可降解高分子材料作為一種環(huán)保型高分子材料引起了廣泛關(guān)注。生物可降解高分子材料指在特定條件下能夠在微生物分泌酶的作用下被分解成小分子的材料。本文筆者從生物可降解高分子的機(jī)理、應(yīng)用領(lǐng)域、影響因素與發(fā)展前景等發(fā)面對(duì)生物可降解高分子進(jìn)行分析與闡述。
【關(guān)鍵字】
生物降解;高分子;材料
隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們生活水平的不斷提高，大量的高分子材料在各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，而廢棄的高分子材料對(duì)環(huán)境的污染也日益嚴(yán)重。廢棄塑料的處理方法主要分為掩埋和焚燒，這兩種方法都會(huì)產(chǎn)生新的污染物污染環(huán)境。針對(duì)這一問題，許多國(guó)家實(shí)行了3R工程，3R指的是減少使用（Reduction）、重復(fù)使用（Reuse）、循環(huán)回收（Recycle）。但這只是減少了廢棄塑料的使用，沒有從根本上解決問題。如今，各種存在的處理廢棄塑料的方法都會(huì)造成污染，因此研究與開發(fā)環(huán)境可接受的降解性高分子材料是解決環(huán)境污染的重要方法。
1.生物可降解高分子材料的用途
生物可降解高分子材料也被稱為“綠色生態(tài)高分子材料”，它在環(huán)境日益污染的今天發(fā)揮著重要的作用，主要分為以下幾個(gè)部分。
1.1解決環(huán)境污染問題
利用生物可降解高分子的生物可降解性有效解決環(huán)境污染問題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前世界的高分子材料的產(chǎn)量已經(jīng)超過1.2億噸，這些高分子材料在被使用后產(chǎn)生了大量廢棄物，這些廢棄物變成污染源，造成地下水與土壤的嚴(yán)重污染，進(jìn)一步危害動(dòng)植物的生長(zhǎng)，對(duì)人類更是極其不利。20世紀(jì)90年代初期，在可以用來處理固體廢物垃圾填埋的場(chǎng)地用完以后，一些發(fā)達(dá)國(guó)家開始向落后國(guó)家出口垃圾，這一行為對(duì)發(fā)展中國(guó)家的影響是巨大的。一系列環(huán)境危機(jī)引發(fā)了人類的覺醒，發(fā)展可降解的環(huán)境友好型的材料成了科學(xué)家們的主要研究的方向，生物可降解高分子材料的出現(xiàn)為人類解決了這一難題，它能在一定條件下，利用微生物分泌酶的作用進(jìn)行分解，大大減少了對(duì)環(huán)境的污染。
1.2生物可降解高分子在醫(yī)療器材中的使用
利用生物可降解高分子的特性可以制作生物醫(yī)用材料。使用可降解高分子制作成的藥物可以在人體內(nèi)分解，參與人體的新陳代謝。在生物可降解分子研究的初期，研究?jī)?nèi)容主要集中于部分降解的可崩潰型高分子材料的研究，但現(xiàn)在這一研究已經(jīng)逐漸被否定。目前許多國(guó)家仍然在不斷研究與發(fā)展生物可降解性的高分子材料，然而由于技術(shù)水平與成本的制約，生物可降解高分子的研究還沒有達(dá)到令人滿意的程度。
1.3生物可降解高分子材料在包裝行業(yè)中的應(yīng)用
眾所周知，包裝行業(yè)中使用高分子材料的情況非常多，大量的廢棄包裝材料對(duì)環(huán)境的污染程度是可想而知的。目前市面上各種包裝材料主要以聚乳酸為首。聚乳酸具有良好的隔水性和透明性。作為基本材料的乳酸是人體可接受的固有物質(zhì)之一，這使得聚乳酸對(duì)人體無毒無害，被廣大消費(fèi)者接受。而傳統(tǒng)的包裝材料由合成樹脂構(gòu)成，由于傳統(tǒng)樹脂的分解性不強(qiáng)，廢棄的包裝材料造成了40%的城市垃圾，成為最主要的環(huán)境污染源。
2.生物可降解高分子的降解機(jī)理
生物降解指微生物的分解作用，在高分子領(lǐng)域指的'是高分子材料在溶劑化，簡(jiǎn)單水解和酶反應(yīng)等條件下，轉(zhuǎn)化為相對(duì)簡(jiǎn)單的中間產(chǎn)物或小分子的過程。高分子材料的生物降解主要由水合作用，強(qiáng)度損失，物質(zhì)整體化喪失和質(zhì)量損失4個(gè)階段組成。水合作用是指由范德華力氫鍵所維系的二次、三次結(jié)構(gòu)的破裂而引發(fā)的水合作用。接下來在化學(xué)作用或酶的催化作用下，高分子主鏈可能破裂，造成高分子材料的強(qiáng)度降低。而高分子主鏈、交聯(lián)劑、外懸基團(tuán)的開裂會(huì)進(jìn)一步造成交聯(lián)高分子材料強(qiáng)度的降低，高分子鏈進(jìn)一步斷裂。高分子鏈的不斷斷裂造成質(zhì)量損失和相對(duì)分子質(zhì)量的降低，相對(duì)分子質(zhì)量低到一定程度后就會(huì)被酶分解代謝稱為水和二氧化碳等。由此可見，生物的降解過程并非是單一的化學(xué)反應(yīng)，而是復(fù)雜的生物物理，生物化學(xué)的協(xié)同作用，是物理化學(xué)生物相互影響促進(jìn)的過程。
3.影響生物可降解高分子降解性的因素
3.1生物高分子的分子主鏈的影響
四大通用塑料聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯都具有C—C鍵為主鍵的結(jié)構(gòu)，使得它們對(duì)微生物的阻抗性很高，而根據(jù)研究表明，當(dāng)聚合物的主鏈上含有C-O，C-N鍵時(shí)，聚合物對(duì)生物降解的敏感性大大提高。因此，根據(jù)共聚原理，想要制備出生物降解塑料就必須要在聚合物中引入易于生物降解的化學(xué)鍵。
3.2支化與分子量對(duì)生物高分子降解的影響
國(guó)外研究表明，對(duì)分子量范圍為170～620的線性與支鏈型碳?xì)渚酆衔锏纳锝到庑赃M(jìn)行分析比較，結(jié)果表明支鏈型聚合物的真菌生長(zhǎng)速度與線性聚合物相比明顯小得多，也就是說線性的碳?xì)渚酆衔锔子诮到�。同時(shí)分子量的大小對(duì)高分子材料的影響也是巨大的，例如PS、PE、聚丁二烯和聚異丁烯只有在分子量小于特定值后才能夠被菌種所分解。
3.3降解環(huán)境對(duì)生物高分子降解的影響
雖然材料結(jié)構(gòu)是決定生物大分子降解的主要因素，但是環(huán)境對(duì)生物大分子材料的降解也有一定的影響作用。降解環(huán)境主要指降解過程中的水，溫度，酸堿度和氧濃度等。水是微生物生長(zhǎng)與代謝的基本條件，只有水的供應(yīng)量足夠，微生物才可以進(jìn)行分解材料。而溫度對(duì)微生物也有影響，每一種微生物都有適合其生長(zhǎng)的最佳溫度與酸堿度，一般來說真菌生長(zhǎng)在酸性條件下，而細(xì)菌在堿性條件下的生長(zhǎng)更加迅速，想要提高降解效率，就必須要保證微生物的正常生長(zhǎng)，為微生物提供合適的溫度，酸堿度等生長(zhǎng)環(huán)境。
4.生物可降解高分子的前景展望
由于我國(guó)生物高分子技術(shù)的研究并不成熟，國(guó)內(nèi)的生物可降解高分子的開發(fā)與應(yīng)用還存在一些問題。比如：產(chǎn)品價(jià)格過高，產(chǎn)品的性能和用途受到限制，產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)不夠成熟等。盡管高分子市場(chǎng)存在許多不足，隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)和我國(guó)環(huán)保法規(guī)的不斷完善，生物可降解高分子的市場(chǎng)仍在迅速增長(zhǎng)。塑料薄膜、包裝材料、醫(yī)用材料等領(lǐng)域生物可降解高分子材料的研究將會(huì)得到更好的發(fā)展。目前針對(duì)如何解決市場(chǎng)出現(xiàn)的問題，研究者正在不斷努力，降低開發(fā)生產(chǎn)成本，對(duì)現(xiàn)有的可降解高分子進(jìn)行性能改進(jìn)，以獲取更高質(zhì)量的高分子材料。研究開發(fā)低成本，高性能，具有降解時(shí)控性，高效性和徹底性的生物高分子材料成為高分子領(lǐng)域的主要研究方向。
【參考文獻(xiàn)】
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淺析可降解高分子材料的應(yīng)用研究 篇5
摘要：
農(nóng)藥作為農(nóng)產(chǎn)品生長(zhǎng)過程中必不可少的化學(xué)產(chǎn)品，在預(yù)防蟲害、保證農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量方面作出了巨大的貢獻(xiàn)。但農(nóng)藥造成的殘留物對(duì)環(huán)境造成了巨大的污染，針對(duì)農(nóng)藥污染方面，有人提出了用可降解高分子材料作為農(nóng)藥的合成物之一，能大大降低農(nóng)藥對(duì)環(huán)境的污染。探討了可降解高分子材料在農(nóng)藥中的應(yīng)用，對(duì)推動(dòng)綠色農(nóng)藥在農(nóng)產(chǎn)品中的可持續(xù)發(fā)展具有一定的參考價(jià)值。
關(guān)鍵詞：
可降解高分子材料;農(nóng)藥;應(yīng)用
1.概述
我國(guó)是重要的農(nóng)業(yè)大國(guó)，農(nóng)業(yè)發(fā)展對(duì)我國(guó)發(fā)展意義重大，而農(nóng)作物生長(zhǎng)離不開農(nóng)藥，其主要用于預(yù)防、控制和消滅農(nóng)林牧業(yè)生產(chǎn)中的有害生物，以及調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)和昆蟲生命活動(dòng)規(guī)律的化學(xué)藥品與生物藥品[1]。近年來，全球農(nóng)藥濫用明顯，據(jù)權(quán)威調(diào)查顯示，全球每年因農(nóng)藥中毒的人數(shù)超過200萬人，由于農(nóng)藥污染造成的間接死亡人數(shù)超過20萬人，而全球70%的農(nóng)藥又被我國(guó)使用。農(nóng)藥利用率一般不到10%，絕大部分揮發(fā)到空氣中、滲透到地下水或沉聚在土壤中，再通過食物鏈進(jìn)入人體，危害人體健康，長(zhǎng)此以往造成累積性中毒。一方面，農(nóng)藥是農(nóng)業(yè)發(fā)展中的必需品，對(duì)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著重要作用;另一方面，由于農(nóng)藥濫用造成的大氣、水體和土壤污染對(duì)整個(gè)農(nóng)業(yè)環(huán)境及人居環(huán)境造成很大傷害，甚至威脅人類的生命安全。因此急需研究可降解農(nóng)藥，減小其對(duì)環(huán)境的污染，而農(nóng)藥降解是指化學(xué)農(nóng)藥在環(huán)境中從復(fù)雜結(jié)構(gòu)分解為簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)，甚至?xí)档突蚴ザ拘缘淖饔�。一般而言，農(nóng)藥大多殘留在土壤中，其以微生物的降解作用最為重要。因此本文主要研究可降解高分子農(nóng)藥，旨在保留農(nóng)藥除草、滅蟲的基礎(chǔ)上較少地對(duì)人及環(huán)境帶來影響。
2.可降解高分子材料的定義及種類
根據(jù)生物可降解高分子材料特性，可以分為完全生物降解高分子材料和生物破壞性高分子材料，按照其來源的不同，主要分為高分子材料、微生物合成高分子材料、化學(xué)合成高分子材料和摻混型高分子材料4類。本文主要探討生物可降解高分子材料。
生物可降解高分子材料是指在一定條件下、一定時(shí)間內(nèi)能被一些常見微生物所分泌的酶或者在光照水解條件下發(fā)生自然降解的高分子材料，其又可以分為天然和合成兩類。天然高分子存在于自然界的各個(gè)地方，主要包括蛋白質(zhì)、甲殼素、淀粉、纖維素等。合成高分子主要是人們根據(jù)不同的需求，按照不同條件自己設(shè)計(jì)配方合成的材料。而生物可降解高分子材料主要應(yīng)用于3個(gè)領(lǐng)域，包括農(nóng)業(yè)領(lǐng)域、工業(yè)領(lǐng)域和醫(yī)藥領(lǐng)域，其中農(nóng)業(yè)領(lǐng)域包括化肥、農(nóng)藥、塑料薄膜、地膜及各類農(nóng)業(yè)包裝材料等;工業(yè)領(lǐng)域包括皮革、纖維制品等;醫(yī)藥領(lǐng)域包括各種緩釋材料、藥物、手術(shù)縫合線等。
生物可降解高分子材料的降解機(jī)理一般有3種，即微生物對(duì)聚合物作用、生物細(xì)胞增長(zhǎng)作用和酶的直接作用，而降解過程一般離不開兩步，第一步是微生物分泌物與材料表面結(jié)合，生成小分子量化合物;第二步是轉(zhuǎn)化成為微生物體物或轉(zhuǎn)化為微生物活動(dòng)能量，最終轉(zhuǎn)化為水和二氧化碳。生物降解是一個(gè)生物、物理和化學(xué)協(xié)同的作用過程，相互促進(jìn)而不是單一機(jī)理。
3.天然可降解高分子材料在農(nóng)藥中的應(yīng)用
3.1蛋白質(zhì)在農(nóng)藥中的應(yīng)用
蛋白質(zhì)是生命的物質(zhì)基礎(chǔ)，其是有機(jī)大分子、構(gòu)成細(xì)胞的基本有機(jī)物。蛋白質(zhì)是由氨基酸以脫水縮合的方式組成多肽鏈，經(jīng)過盤區(qū)折疊形成的具有一定空間結(jié)構(gòu)的物質(zhì)。
當(dāng)前，關(guān)于蛋白質(zhì)在農(nóng)藥方面的研究已經(jīng)有了重大的突破，即世界上首個(gè)免疫蛋白質(zhì)生物農(nóng)藥——阿泰靈[2]。阿泰靈是以誘導(dǎo)植物免疫、提高植物抗性為篩選目標(biāo)，首次發(fā)現(xiàn)極細(xì)鏈格孢菌中存在具有激發(fā)植物免疫的蛋白質(zhì)，并從中分離獲得能誘導(dǎo)植物免疫、提高植物抗性的新蛋白Hrip，為蛋白質(zhì)生物農(nóng)藥篩選提供了新策略和新技術(shù)。前人研究主要集中在細(xì)菌產(chǎn)生的能引本研究團(tuán)隊(duì)首次以引起煙草葉片過敏反應(yīng)為示蹤，利用多種蛋白分離和純化技術(shù)，從真菌極細(xì)鏈格孢代謝物中分離出一種新蛋白激發(fā)子。提高蛋白質(zhì)生產(chǎn)率，降低成本，是目前以蛋白質(zhì)這類可降解高分子材料制作綠色農(nóng)藥的關(guān)鍵技術(shù)之一，但不可否認(rèn)的是，蛋白質(zhì)在綠色農(nóng)藥制作方面還有著巨大的技術(shù)提升空間。
3.2淀粉在農(nóng)藥中的應(yīng)用
淀粉是一種含有吡喃葡萄糖環(huán)基的均聚物，優(yōu)點(diǎn)是資源豐富、獲取簡(jiǎn)單，但是缺點(diǎn)也很明顯，如熱塑性差、親水性太強(qiáng)，因此在加工成型后性能較差。所以，常見的做法是將淀粉進(jìn)行改性后與其他高聚物共混，例如與聚乙烯醇、聚乳酸、聚乙烯-乙烯醇共聚物等共混，就可以形成可生物降解、性能良好的高分子材料。
當(dāng)前，淀粉在農(nóng)藥方面的研究報(bào)道也非常多，而且都證明了淀粉在農(nóng)藥方面的作用非常好。例如，用直鏈淀粉作為原材料制作納米農(nóng)藥，這種制備的納米農(nóng)藥粒徑小、分散度高、黏附性好、生物活性強(qiáng)，最終做成的產(chǎn)物可降解。還有用淀粉作為農(nóng)藥的釋放降解基材，使得農(nóng)藥降解時(shí)污染降到了最低，甚至還可以根據(jù)自己的需求對(duì)淀粉進(jìn)行改性處理以滿足條件�？偟膩碚f，淀粉在綠色農(nóng)藥方面的發(fā)展?jié)摿捎^，未來提升的空間巨大[3]。
3.3纖維素在農(nóng)藥中的應(yīng)用
纖維素是由葡萄糖組成的大分子多糖，不溶于水及一般有機(jī)溶劑。纖維素是自然界中分布最廣、含量最多的一種多糖，其含量占了植物界碳含量的50%以上。纖維素的柔順性差，呈剛性。其分子間有極性，分子鏈之間相互作用力很強(qiáng)，而且纖維素分子內(nèi)和分子間都能形成氫鍵。所以要用纖維素作為農(nóng)藥的降解基材，必須先將纖維素進(jìn)行改性。纖維素改性后其衍生物很多，所以也被應(yīng)用于其他多個(gè)領(lǐng)域。
當(dāng)前，纖維素在商品方面的應(yīng)用和研究已經(jīng)十分成熟，但是在農(nóng)藥方面的研究卻非常少。生物農(nóng)藥較傳統(tǒng)農(nóng)藥具有污染性小、性能效果好等特點(diǎn)，但是容易在紫外線下分解，降低農(nóng)藥的作用，以纖維素為主體研究的抗紫外線膜就非常應(yīng)景。其主要是給農(nóng)藥上添加一層纖維素膜，然后添加抗紫外線性能，保證農(nóng)藥的性能在不受紫外線干擾的情況下同時(shí)達(dá)到控制釋放農(nóng)藥的效果。以目前的情況來看，纖維素在農(nóng)藥方面的研究太過匱乏，需要更多的人才進(jìn)行研發(fā)及研究。
3.4甲殼素在農(nóng)藥方面的應(yīng)用
甲殼素又稱幾丁質(zhì)、甲殼質(zhì)，是一種從海洋甲殼類動(dòng)物的.殼中提取出來的多糖物質(zhì)。通常是淺米黃色至白色，甲殼素的脫乙酰基衍生物（Chitosan derivatives）殼聚糖（chitosan）不溶于水，可溶于部分稀酸。甲殼素早在20世紀(jì)就被人類所發(fā)現(xiàn)并應(yīng)用，而將其應(yīng)用在農(nóng)業(yè)方面卻是在近幾年才慢慢被重視起來。
甲殼素在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用并不是主體，反而甲殼素的脫乙�；a(chǎn)物——?dú)ぞ厶菂s被大量使用。殼聚糖作為甲殼素的脫乙�；a(chǎn)物，溶解性能大大提高，擁有極強(qiáng)的殺菌作用。因此，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了殼聚糖在農(nóng)業(yè)農(nóng)藥方面的巨大前景，于是殼聚糖在農(nóng)藥方面的研發(fā)也愈來愈多。殼聚糖對(duì)植物病原菌的孢子萌發(fā)和菌絲生長(zhǎng)均有阻礙作用，并且對(duì)植物病原菌感染的防護(hù)機(jī)能有誘導(dǎo)作用。同時(shí)，殼聚糖還具有抑菌活性的作用。研究發(fā)現(xiàn)，殼聚糖具有抗植物病毒、類病毒的能力，在多種植株（豆類、煙草等）葉片上噴灑或注射，可保護(hù)植株不受病毒的侵染。據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，殼聚糖還可激發(fā)種子提早萌芽，促進(jìn)作物生長(zhǎng)，提高產(chǎn)量和品質(zhì)。
3.5其他
除了以上由于特征或優(yōu)勢(shì)特殊的常用于農(nóng)藥中的高分子材料外，還有海藻膠、明膠和魔芋膠等也偶爾用于農(nóng)藥中。海藻膠可作為一種包裹材料，作為農(nóng)藥包裝封用時(shí)，可以有效控制化學(xué)藥劑和生物釋放速度，因此對(duì)于防治田間雜草具有很好的價(jià)值。明膠可與乙醇按照一定比例，加入檸檬酸鈉調(diào)節(jié)pH值并用去離子水調(diào)整濃度，對(duì)去除植物農(nóng)藥殘留具有良好作用。魔芋膠用作食品行業(yè)較多，如冰激凌和啤酒（穩(wěn)定劑）、果汁（澄清劑）、微膠囊（成膜性）。此外，由于其具有很好的穩(wěn)定性，還可用于各種水劑和農(nóng)藥懸浮劑。
4.存在問題及未來展望
生物可降解高分子材料雖能大大降低農(nóng)藥對(duì)環(huán)境的污染，但是由于其價(jià)格偏高，其實(shí)際使用價(jià)值受限。并且高分子聚合物本身的降解速度、降解產(chǎn)物的毒性及體內(nèi)的積聚等都是主要問題，在降解機(jī)理方面還不夠深入，提高可降解高分子材料穩(wěn)定性和提升其適用范圍、不造成二次污染是未來研究重點(diǎn)。
目前，我國(guó)在農(nóng)藥方面的研發(fā)和應(yīng)用較少，但農(nóng)業(yè)是我國(guó)的根本，發(fā)展農(nóng)業(yè)必不可少的是農(nóng)藥，其就像催化劑能夠推動(dòng)農(nóng)業(yè)的發(fā)展一樣。而且全球環(huán)保問題也能提上日程，必須加大對(duì)農(nóng)藥的研究與研發(fā)。農(nóng)藥的制備工程工序也不是很完善，應(yīng)該研究出更加完善、更加成熟的生產(chǎn)方案，再降低成本，使其大眾化、平民化。可降解高分子材料作為農(nóng)藥的成分已不可缺少，其污染小、性能效果更好、毒性更小等特點(diǎn)是傳統(tǒng)農(nóng)藥比不上的，深入對(duì)可降解高分子農(nóng)藥的研究，有利于國(guó)家的發(fā)展，可減少全球污染。
參考文獻(xiàn)：
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淺析可降解高分子材料的應(yīng)用研究 篇6
摘要：
近年來，我國(guó)的工業(yè)化進(jìn)程有了很大進(jìn)展，對(duì)綠色環(huán)保型材料的需求量越來越大。高分子材料較傳統(tǒng)的金屬、金屬氧化物、陶瓷材料等而言，具有更為良好的機(jī)械性能，高的耐化學(xué)腐蝕性、靈活的分子結(jié)構(gòu)，以及低廉的加工成型成本，在發(fā)光二極管、航天航空材料、電子元器件、一次性用品、包裝材料等領(lǐng)域表現(xiàn)出了廣泛的應(yīng)用。本文首先分析了幾種高分子材料的制備，其次探討了可降解高分子材料的現(xiàn)狀及其降解機(jī)理的介紹，以供參考。
關(guān)鍵詞：
可降解高分子;生物基高分子;包裝材料;合成高分子
1.高分子材料的制備
1.1本征型導(dǎo)熱高分子
本征型導(dǎo)熱高分子指的是通過化學(xué)合成或機(jī)械外力作用的方法，改善高分子材料原有的分子鏈無規(guī)則纏繞和無序非晶結(jié)構(gòu)，促進(jìn)聲子或電子在高分子材料內(nèi)部對(duì)熱量的傳遞，制備出本身具有高導(dǎo)熱性能的高分子材料[1]。該方法可以在優(yōu)化高分子材料本身熱性能的同時(shí)，對(duì)其力學(xué)性能、導(dǎo)電性能等進(jìn)行進(jìn)一步改善，從而得到綜合性能優(yōu)異的高分子材料。
1.2合成化學(xué)催化材料
在各類物質(zhì)的加工合成中，石墨烯和高分子復(fù)合可提高反應(yīng)速率、降低活化能等，顯著提升新型催化材料的性能。en等[2]所制得負(fù)載釕納米粒子的氧化石墨烯-聚（N-乙烯基-2-吡咯烷酮）（Ru@GO-PVP）催化材料，轉(zhuǎn)換頻率（TOF）在室溫下可達(dá)896.54h1;原高于70℃才分解的二甲基胺硼烷（DMAB），在此催化作用下25℃便可將活化能降到（11.45±2）kJ/mol，且發(fā)生強(qiáng)烈脫氫反應(yīng)。而Karabog等制備的γ備氧化鋁負(fù)載鈀（Pd（0））納米粒子（Pd（0）/Al2O3）經(jīng)過也能使DMAB在常溫下分解，但TOF只有73h1，且在使用三次后發(fā)生團(tuán)聚。
2.可降解高分子材料的制備
2.1聚乳酸PLA
聚乳酸（PLA）又稱為聚丙交酯，是以乳酸為單體聚合成的一類脂肪族聚酯[4]。其單體純度分為光學(xué)純和化學(xué)純，L-乳酸光學(xué)純度達(dá)到99%以上，同時(shí)，金屬和其它雜質(zhì)含量被控制在極低的水平才能夠用來合成高質(zhì)量的丙交酯單體，從而制備較高質(zhì)量的聚乳酸，其制備過程涉及發(fā)酵、酯化、精制、脫水、催化劑開發(fā)、開環(huán)共聚等多個(gè)過程，放大過程需要解決的問題較多。
2.2熱塑性生物降解塑料
聚己二酸/對(duì)苯二甲酸丁二醇酯（PBAT）是幾類生物降解材料中最易實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的技術(shù)，其工藝路線與PET接近。當(dāng)前PBAT作為降解材料主要應(yīng)用于包裝膜及地膜產(chǎn)品，主要開發(fā)種類有：接枝增強(qiáng)母粒改性PBAT、PLA+PBAT+淀粉[5]、PLA+PBAT+碳酸鈣、PBAT+滑石粉等產(chǎn)品。
2.3聚己內(nèi)酯PCL
聚己內(nèi)酯（PCL）作為一種線性脂肪族聚酯，由己內(nèi)酯單體經(jīng)一系列脫水、開環(huán)聚合等反應(yīng)后形成的一種玻璃化轉(zhuǎn)變溫度較低為-60℃，熔點(diǎn)為60-63℃，分解溫度在250℃以上，高于其他大多數(shù)聚酯，熱穩(wěn)定性、水解穩(wěn)定性和低溫特性優(yōu)良，與多種聚合物的相容性很好，與多種材料的粘合力較強(qiáng)。經(jīng)一系列改性后，可應(yīng)用于地膜、包裝薄膜、3D 打印、骨科/齒科固定材料，3-6個(gè)月可經(jīng)生物降解路徑，完全降解為二氧化碳和水。
3.可降解高分子材料的降解機(jī)理
3.1微生物對(duì)塑料的生物降解
細(xì)菌是自然界中最主要且數(shù)量最多的一類生物，具有降解各類塑料的能力（表S1）。從沿海地區(qū)塑料廢物傾倒場(chǎng)收集的248個(gè)細(xì)菌菌株中，發(fā)現(xiàn)了140個(gè)可降解HDPE的菌株，其中芽孢桿菌屬（Bacillussp.）和假單胞菌屬（Pseudomonassp.）是最有效的降解細(xì)菌，可在一個(gè)月內(nèi)使HDPE薄膜的質(zhì)量損失最高達(dá)23.14%，同時(shí)使HDPE的羰基指數(shù)下降、乙烯基指數(shù)上升，這要?dú)w因于降解過程中氧氣的參與使羰基被氧化為雙鍵。然而，即使在無氧條件下，細(xì)菌也可以降解塑料，但降解速率有所降低。從污水處理廠污泥中分離出的假單胞菌屬菌株MYK1在有氧和無氧條件下降解PLA的CO2產(chǎn)率分別是0.235和0.025（molCO2）（ngDNA）–1h–1，芽孢桿菌屬菌株MYK2在有氧和無氧條件下降解PLA的CO2產(chǎn)率分別是0.248和0.097（molCO2）（ngDNA）–1h–1，兩種細(xì)菌均可以造成PLA表面形態(tài)的變化，形成深約18μm、寬約23μm的孔洞。值得注意的是，由多種細(xì)菌組成的菌團(tuán)對(duì)塑料的降解效果更明顯。將多種降解效率較高的菌株混合培養(yǎng)可以提高塑料的生物降解效率，為如何有效處理環(huán)境中的'塑料垃圾提供了新思路。
3.2熱降解
熱降解主要是通過熱量使高分子材料結(jié)構(gòu)中的鏈段發(fā)生斷裂，從而降低其交聯(lián)密度和強(qiáng)度，因此，能夠進(jìn)行熱降解的高分子長(zhǎng)鏈中應(yīng)含有一定數(shù)量的可裂解基團(tuán)。在回收過程中對(duì)其進(jìn)行酸處理，使環(huán)氧樹脂與碳纖維有效分離，得到可再次回收利用的碳纖維。
3.3不同降解途徑對(duì)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響
塑料經(jīng)過生物降解后可最終礦化為CO2等相對(duì)環(huán)境友好的物質(zhì)，但若以偽降解（生物基填充物）途徑將高分子塑料降解為尺寸減小的塑料碎片和低分子量聚合物，這些降解產(chǎn)物具有不同程度的生物毒性。塑料經(jīng)偽降解后會(huì)產(chǎn)生尺寸減小的塑料碎片，并吸附環(huán)境中的有害物質(zhì)（如重金屬、持久性有機(jī)污染物等），通過自身攝食或食物鏈傳遞的方式進(jìn)入動(dòng)物體后，對(duì)動(dòng)物的生長(zhǎng)、發(fā)育和繁殖能力產(chǎn)生損害。
結(jié)語
綜上所述，目前，對(duì)可降解高分子材料的研究主要集中于天然可降解高分子材料性能的優(yōu)化，以及合成型可降解高分子材料的開發(fā)，并未對(duì)其降解速率、物理結(jié)構(gòu)、化學(xué)性能等在降解過程中的變化及與其化學(xué)結(jié)構(gòu)的關(guān)系進(jìn)行深入研究。在可降解高分子材料未來的研究中，可降解高分子材料性能的優(yōu)化、材料降解速率的可控調(diào)節(jié)將成為可降解高分子的重點(diǎn)發(fā)展方向。
參考文獻(xiàn)
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淺析可降解高分子材料的應(yīng)用研究 篇7
摘要：
本文以生物可降解高分子材料為研究視角，主要分析了淀粉膜、蛋白質(zhì)膜、殼聚糖基膜的優(yōu)點(diǎn)、缺陷以及在食品包裝領(lǐng)域中的利用價(jià)值。
關(guān)鍵詞：
生物可降解；高分子材料；食品包裝
前言：
“民以食為天”。食品包裝對(duì)于商品經(jīng)濟(jì)時(shí)代來講非常重要。如何進(jìn)一步提高食品包裝的安全性已經(jīng)成為集中關(guān)注的問題�；诖�。筆者針對(duì)生物可降解高分子材料在食品包裝領(lǐng)域中的利用展開的分析具有現(xiàn)實(shí)意義。
—、淀粉
淀粉是一種廣泛存在于谷類、薯類等植物當(dāng)中的物質(zhì)。可以說是一種取之不盡、用之不竭的多糖化合物。其在各類環(huán)境當(dāng)中具備完全性的生物降解屬性，同時(shí)價(jià)格比較低廉、再生的周期比較短。如今已經(jīng)成為廣受關(guān)注的天然高分子可降解材料。淀粉主要可以分為兩大類，其一是天然淀粉、其二是改性淀粉，兩種淀粉在食品加工以及食品包裝當(dāng)中都占有重要的地位。如淀粉可以作為調(diào)味品。實(shí)現(xiàn)對(duì)食品質(zhì)地、粘度等性能的改變。形成凝膠或者膜狀的保護(hù)。
與其他可降解成膜的材料相比較來看。淀粉形成的薄膜具備與合成高分子材料薄膜非常相近的物理性質(zhì)。如透明性比較高、在使用的過程中不會(huì)產(chǎn)生刺激性氣味，對(duì)于二氧化碳的半透性以及對(duì)氧氣的低透性等，都使得這一材料極具魅力。但是，淀粉膜與其他聚合物相比較來看也存在一定的缺陷，如其親水性比較強(qiáng)、機(jī)械性能比較低，這就使得淀粉膜在實(shí)際應(yīng)用的過程中受到一定的阻礙。為了有效彌補(bǔ)這一缺陷，進(jìn)而擴(kuò)大淀粉膜在食品包裝領(lǐng)域的運(yùn)用，現(xiàn)階段很多專家學(xué)者將淀粉與其他物質(zhì)進(jìn)行混合進(jìn)而實(shí)現(xiàn)性質(zhì)的改變。例如現(xiàn)階段普遍會(huì)將淀粉與PCL實(shí)施混合。從而獲得了淀粉/PCL可降解薄膜，進(jìn)而提高了傳統(tǒng)淀粉膜的機(jī)械性能。也有一部分研究將玉米淀粉與殼聚糖進(jìn)行混合進(jìn)而獲得可以直接食用的復(fù)合性薄膜，在一定程度上提高了淀粉膜的柔韌性以及可延展性。與此同時(shí)，淀粉膜還可以與非可降解物質(zhì)進(jìn)行混合應(yīng)用于食品包裝領(lǐng)域�？偠灾矸勰ぴ谑称钒b的應(yīng)用前景是非常廣闊的。
二、蛋白質(zhì)
蛋白質(zhì)是基于20個(gè)蛋白原氨基酸通過酯胺鍵結(jié)合而產(chǎn)生的富含100余個(gè)氨基酸殘基的多肽化合物。一般情況下來講。蛋白質(zhì)必須要經(jīng)過熱處理、酸堿處理等實(shí)現(xiàn)對(duì)其自身結(jié)構(gòu)的延伸，進(jìn)而達(dá)到成膜的結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)。與其他和成膜相比較來看。蛋白質(zhì)膜具有一定的缺陷，那就是其耐水性以及機(jī)械強(qiáng)度都比較低，但是其也具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)那就是阻隔性能比較好。蛋白質(zhì)膜的種類是比較多的，如大豆蛋白、豌豆蛋白、葵花蛋白等，現(xiàn)階段在食品加工以及生物可降解包裝膜領(lǐng)域應(yīng)用比較廣泛。
膠原是蛋白質(zhì)的一種。其屬于天然的蛋白質(zhì)。也是構(gòu)成結(jié)締組織過程中極為重要的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)，其主要存在于動(dòng)物蛋白質(zhì)、骨和血管等組織當(dāng)中，通常呈現(xiàn)透明的'狀態(tài)。膠原蛋白最常見的用途就是用于食品的保鮮以及防腐。膠原蛋白作為腸衣可以有效替代天然腸衣，在香腸的制作中廣泛應(yīng)用�？珊铣衫w維膜通常都是作為食品的粘合劑廣泛應(yīng)用于魚類、肉類等包裝當(dāng)中。在果脯等食品的內(nèi)包裝中。膠原蛋白也具有非常大的優(yōu)勢(shì)以及應(yīng)用價(jià)值�？墒秤玫哪z原蛋白膜具備一定的優(yōu)點(diǎn)，如拉伸性能比較好，阻氣、阻油、阻濕等性能均比較強(qiáng)，所以在各類食品的保鮮當(dāng)中，其發(fā)揮重要作用。與此同時(shí)，乳清蛋白膜對(duì)于食品的保鮮也發(fā)揮出極強(qiáng)的作用，例如其對(duì)番茄等蔬菜就會(huì)起到很好的保鮮作用。所以在蔬菜包裝當(dāng)中乳清蛋白膜經(jīng)常使用。玉米醇溶蛋白是一種可食用性的液體包裝膜，其耐熱性能比較好，在使用的過程中親和力非常強(qiáng)。所以在很多食品包裝的內(nèi)涂層當(dāng)中應(yīng)用比較廣泛，可以達(dá)到保鮮、防滲透等食品包裝目的。
三、殼聚糖
殼聚糖是在蝦蟹等的甲殼當(dāng)中提取出來的一種大量存在堿性氨基類多糖的物質(zhì)。是甲殼素的主要產(chǎn)物。具有無毒性、生物相容性良好的特點(diǎn)，也是目前廣泛應(yīng)用的可降解高分子材料。是一種具有可再生性質(zhì)的環(huán)保型保鮮劑。殼聚糖在使用的過程中表現(xiàn)出良好的抑菌性能。且不具備毒性以及污染性。殼聚糖基膜可以分為兩大類。其一是可食用性的包裝膜，其二是涂膜，并且殼聚糖基膜的透明度比較高、阻氧性比較好，所以其常被運(yùn)用于食品的內(nèi)包裝中，在食品保鮮包裝當(dāng)中也發(fā)揮出一定的優(yōu)勢(shì)。將殼聚糖制成溶液噴灑在經(jīng)過清洗或者削皮的水果之上。經(jīng)過熱處理或者風(fēng)處理之后可以產(chǎn)生一層無色、無味、無毒的薄膜，在食用的過程中無需清洗就可以直接食用。
結(jié)語：
文章主要闡述了三種生物可降解高分子材料。分別是淀粉膜、蛋白質(zhì)膜和殼聚糖基膜，對(duì)其優(yōu)點(diǎn)以及缺陷進(jìn)行集中分析，并討論其在食品包裝領(lǐng)域中的應(yīng)用。研究發(fā)現(xiàn)。生物可降解高分子材料的來源是非常廣泛的，具有可降解的性質(zhì)，將其有效應(yīng)用于食品包裝中不會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境構(gòu)成威脅，是目前廣受關(guān)注以及青睞的高分子材料。希望文章的闡述可以使得相關(guān)領(lǐng)域認(rèn)識(shí)到該類材料在食品包裝中的利用價(jià)值，進(jìn)而將其廣泛應(yīng)用于食品包裝當(dāng)中。
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