生物降解高分子材料研究应用进展.pdf

第39卷第7期化工新型材料Vol39No7
2011年7月NEWCHEMICALMATERIALS17
生物降解高分子材料研究应用进展
张爱迪丁德润*朱香利许迁

(上海工程技术大学化学化工学院,上海201620)

摘要介绍了生物降解材料的特点及降解作用机理,重点讨论天然高分子材料和化学合成高分子材料的研究应用
进展,并对生物降解材料的发展前景进行了展望和论述。
关键词石化材料,生物材料,生物降解,降解机理,微生物合成

Researchstatusandapplicationprocessofbiodegradablepolymermaterials
ZhangAidiDingDerunZhuXiangliXuQian

(CollegeofChemistryandChemicalEngineering,ShanghaiUniversityofEngineeringScience,
Shanghai201620)

AbstractThepaperintroducedthecharacteristicsanddegradationmechanismsofbiodegradablepolymermaterials.
Itmainlydiscussedtheresearchstatusandapplicationprocessofnaturalmacromolecularmaterialsandhighmolecularsyn
theticmaterials.Thepaperbroughtforwardtheoutlookandconsiderationsaboutthedevelopmentprospectsofbiodegrada
blematerials.
Keywordspetrochemicalmaterial,biomaterial,biodegradation,degradationmechanism,microbiologicalsynthe
sis

生物降解材料除具有普通塑料的物理化学性质、机械性(1)物理作用。光、辐射、温度、热/冷等外界条件都会影
能稳定、可接受消毒处理等特性外,更具有易降解,可再生,环响材料的表面特性、机械性能等。如光敏性聚合物降解,主要
境亲和性等特点[12]。本文对生物降解材料的研究应用进展是因为材料吸收光辐射中的紫外线,聚合物分子中的电子得
等展开讨论,并给出建设性意见。到活化而具有活性,最后导致材料氧化,解理,以及降解[8]。
(2)化学作用。环境中水分、pH值、湿度等化学条件改
1生物降解材料的特点以及降解机理
变而导致材料分子间价键断裂,发生化学转换而形成新官能
美国材料与试验协会(ASTM)对生物降解高分子材料定团,从而影响化合物的降解[910]。
义为:在细菌、真菌、藻类等自然界存在的微生物的作用下通(3)生物降解。生物降解很大程度上是生物矿化,即有机
过发生化学、物理或生物作用而降解或分解的高分子材物转化为无机矿物质的过程。一般来讲,分子量的增加使材
料[34]。常见生物降解材料包括聚羟基脂肪酸酯、聚乳酸、脂料水溶性降低,不能穿过微生物的细胞膜,使得微生物对其降
肪族聚酯、聚己内酯、酯族聚酯、多糖类等或其共混物。解能力下降,亦使其在一定程度上免于受到微生物的攻击。
1.1生物降解材料的特点微生物中的降解酶将结构复杂的高分子材料降解为小分子短
生物降解材料除具有传统石化塑料相似的材料学性质链,如单体,二聚体等,以便穿过微生物细胞的半透膜,被其体
外,其作为环境友好型材料的优势还表现在:降解时间较普内的酶降解,作为微生物生长所需要的底物。之后微生物通
[5]
通塑料明显缩短;避免普通塑料降解过程中释放出重金过有氧代谢途径生成CO2、H2O、少量无机副产物,或者在无
[11]
属的污染;不产生普通塑料袋焚烧不完全释放的二口恶英等氧条件下产生CO2、CH4和少量无机副产物。
致癌、致畸废气[6];可与普通垃圾一起处理,并且以垃圾填埋
2天然高分子材料的生物降解
方式处理后可作为肥料再次利用;具有良好的生物相容
性[7]。淀粉、纤维素、甲壳素、壳聚糖、蛋白质等天然高分子材
1.2生物降解材料的降解机理料,资源丰富、来源广泛,价格便宜,可完全生物降解,降解产
高分子材料的分子量,功能基团种类、结晶度、规整性、稳物对环境无危害,是理想的生物可降解材料的原料。
定性、塑形剂、添加剂等,材料预处理的措施,所处环境微生物2.1聚羟基脂肪酸酯(PHA)
的类型等对材料的降解都有重要影响。具体表现在:PHA是一类由细菌合成的、作为能量和碳源贮存的线性

基金项目:上海工程技术大学研究生科研创新项目(2009yjs05