生物可降解高分子材料的运用

　　摘要：在环境污染逐渐加重的过程中, 人类越来越重视环保材料的应用。其中, 可生物降解高分子材料对环境较为友好, 因此对其研究受到了广泛关注。本文对可生物降解高分子材料的概念及降解机理进行了介绍, 并且对其应用情况进行了具体的分析。

　　关键词：生物可降解; 高分子材料; 应用研究;

　　Abstract：In the process of increasing environmental pollution, human beings pay more and more attention to the application of environmental protection materials. Among them, biodegradable polymer materials are relatively friendly to the environment, so their research has attracted extensive attention. In this paper, the concept and degradation mechanism of biodegradable polymer materials are introduced, and their application is analyzed in detail.

　　Keyword：biodegradable; polymer materials; application research;
 

　　前言

　　随着塑料、纤维制品以及橡胶等高分子材料广泛应用于社会各个领域之中, 社会和经济有了更进一步的发展。随着高分子材料使用数量的增加, 其废弃物数量也以较快速度增加, 大量存在已老化、难降解、寿命短等缺陷的高分子材料垃圾给我们的生态环境带来了巨大的灾难。焚烧法、掩埋法等传统高分子材料的处理方案存在一定的局限性和隐患, 此类方案费时费力并对环境造成了严重的污染。伴随着生活品质的提高, 人们的生活环境要求和环保意识也逐渐增强。因此, 对生物降解高分子材料的研究开发受到了社会各界的支持与关注。生物可降解材料指的是在自然界中的微生物, 如:细菌、霉菌和藻类作用下可完全降解为低分子的材料。生物可降解的机理大致可分为以下三种方式:生物的细胞增长使物质发生机械性破坏;微生物对聚合物作用产生新的物质;酶的直接作用即微生物侵蚀高聚物从而导致裂解。生物可降解材料便于储存, 只需让它保持干燥, 而不用避光。这类材料应用范围广, 它可用于地膜、包装袋、医药等领域, 此类材料的多方面应用不仅满足了多领域的需求, 同时也对保护生态坏境发挥着积极的作用。

　　1. 生物可降解高分子材料概念及降解机理

　　生物可降解高分子材料是经过一段时间, 在一定条件前提之下, 使微生物在酶或者化学分解作用下发生降解的高分子材料。通常认为, 高分子材料的生物可降解过程是包括两个阶段的。在第一个阶段, 微生物通过朝体外分泌水解酶和材料的表面结合在一起, 借助水解的作用, 使高分子链被切断开来, 使化合物变为小于500的小分子量的化合物。接着, 微生物使降解的生成物摄入体内, 在这个代谢的过程中, 降解的生成物经过最终转化, 得到了H2O和CO2。综合上面的过程, 可知生物可降解的过程中涉及到的生物和化学、物理方面的知识是较多的, 这是一个复杂的物理化学过程。现在, 关于生物可降解的机理还不明确, 不仅如此, 高分子材料的降解还有另外一些解释, 比如生物侵蚀和生物吸收等解释。通过实践证明, 生物可降解高分子材料的降解过程不但与材料自身有关联, 还跟外部环境息息相关。

　　2. 生物降解高分子材料的应用和前景

　　生物降解高分子材料在医学领域中的运用前景广阔。另外, 生物降解高分子材料在包装领域和农业领域都有较为广泛的应用, 下面分几个方面具体进行阐述。

　　(1) 在医学领域中的运用

　　生物降解高分子材料在医学领域应用较为广泛, 这跟其可降解的特性是相关的。其不仅可以作为骨内的固定材料, 还可以应用于外科手术缝合中, 甚至在药物控制释放过程中也有应用。

　　(1) 运用于骨内固定材料中。生物可降解高分子材料在骨内固定材料的应用主要用途包括两个。一个是骨伤愈合过程中植入聚合物需要使用生物可降解高分子材料, 通常对骨骼进行固定作用的材料有骨夹板和骨螺钉等材料。另一个就是在高分子材料上进行组织细胞的培养, 从而得到器官和组织。通过查阅骨伤治疗相关的资料可知, 尽管金属在应用于固定骨折的场景较多且效果较好, 但是毕竟人骨跟金属的力学特征是有较大的差异的, 如果植入物是金属, 那么当骨头愈合之后, 去除金属植入物之时, 就会使人骨受到一定的破坏。如果使用生物降解高分子材料, 那么这个问题就可以迎刃而解了。在使用这种材料的治疗初始阶段, 该材料的强度可以维持在一定的标准, 在若干天之后, 该材料被水溶解掉, 从而避免了二次手术的烦恼。

　　(2) 运用在外科手术缝合线和药物控制释放过程。在外科手术中, 很多时候需要用到缝合线, 手术后病人的恢复跟缝合线的质量有较为密切的关联。如果缝合线不能降解, 那么就要人工拆除, 这会增加病人不少痛苦。如果可以使用可降解的缝合线, 那么缝合线的拆除这个工作就可以省去了。生物降解材料首先是在肠线中进行应用, 在科学技术和外科技术发展的过程中, 高分子材料在外科手术中应用的种类越来越多, 对高分子材料缝合线的要求也越来越高。在药物控制释放领域, 可以使用高分子材料组成的药物载体。通过一些特定的聚合物的释放, 可以降低对药物的依赖性。聚乙交酯、聚乳酸等在药物控制释放领域都得到了很好的应用。

　　(2) 在包装材料中的运用

　　在包装材料中, 生物降解高分子材料也得到了广泛的应用。不仅在食品和洗涤剂的包装中有使用, 而且在日用品、化妆品的包装中也有使用。其中, 使用较为广泛的材料是丙酸纤维素、醋酸纤维素, 通过这些材料的混合和加工, 可以得到一些可降解的材料。又如, 现在超市购物需要使用大量的塑料口袋, 餐馆外卖需要使用大量的饭盒, 这些白色污染曾经成为全世界瞩目关注的问题。如果我们可以使用高分子材料加工成可降解的包装袋, 将饭盒做成可降解的材料, 那么就能够使环境得到很好的保护。

　　(3) 在农业中的运用

　　生物降解高分子材料不仅在医学领域和包装材料领域有运用, 而且在农业领域也有应用。我国是一个农业大国, 在很多农业生产中都会使用到薄膜和保鲜膜等材料, 这些农用类材料的大量使用, 无疑会使环境受到一定的污染。但是, 如果我们可以把这些农用类材料使用可降解的高分子材料生产而成, 那么就能够使土壤环境得到优化和改善, 从而使农作物获得更快更好地生长。到目前为止, 生物降解农用地膜已经在农田中有使用, 这种膜在使用完毕后可以实现自动降解, 当其降解之后, 可以作为植物吸收的营养物质, 从而实现保护环境的目的。

　　小结

　　通过将可生物降解的高分子材料跟其他材料进行比较, 可发现可生物降解高分子材料的优势是较大的, 不仅无毒性而且没有污染, 对环境是非常友好的。但是, 从当前实际应用情况来看, 这种类型的高分子材料的成本较高, 所以市面上的这类产品的售价较高, 产品性能受到了限制, 应用范围也较小。所以, 对于高分子材料的研究人员来讲, 需要就成本问题和性价比问题进行思考, 这样才能促进这类材料更好地进行推广和应用。

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