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淺談生物可降解高分子材料的應用
在包裝行業中，高分子材料的應用越來越多，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和使用已躍居了世界前列。為盡量減少對人類環境的污染，許多的高聚物迫切需要進行生物可降解。本文主要探討了生物可降解高分子材料現階段的開發應用情況。
關鍵詞：高分子材料 可降解 生物
1、前言
現代材料包括金屬材料、無機非金屬材料和有機高分子材料三大類。20世紀后，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域的大量應用， 廢棄的高分子材料對環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前全球關注的問題。 生物降解材料正是治標又治本的有效途徑，也是我國可持續發展的需要。
2、生物降解機理
高分子材料的降解分為光降解與光學化降解、機械化學降解、熱降解與熱學化降解、臭氧引發降解、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，以及其他有的機體轉化為相對簡單的中間產物或小分子的過程。
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、強度損失、物質整體化喪失和質量損失。依靠范德華力和氫鍵維系的二次、三次結構的破裂而引發的高分子水合作用以及可能因化學或酶催化水解而破裂的高分子主鏈使高分子材料的強度降低。對交聯高分子材料強度的降低，可能由于高分子主鏈、外懸基團、交聯劑的開裂等造成。高分子鏈的進一步斷裂會導致分子量降低和質量損失。最后分子量足夠低的小段分子鏈被酶進一步代謝為二氧化碳、水等物質。總之， 生物的降解并非是單一機理，而是一個復雜的生物物理、生物化學的協同作用， 還是一個相互促進的物理化學過程。目前為止，除了生物降解外，高分子材料在機體內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用
生物可降解高分子材料的應用范圍很廣，可用于農業、園林、水產以及裝潢、包裝、衛生、 化妝品等領域，由于成本等因素，目前研究多集中在生物醫療工程領域。
3.1農業、園林、土木等用材
農業、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，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，一些先進的農業國家不斷投資建造以家畜糞或農業廢棄物為原料的堆肥生產裝置，農用等可降解塑料也可通過這些裝置回歸自然.
3.2裝潢、衛生、生活、雜品
裝潢、衛生、生活、雜品、醫療用材包括地毯墊布、包裝袋、壁紙、帽子、內衣、餐巾紙、桌布、茶葉袋等等。以上大多數都是一次性用品，用后掩埋或燃燒均無毒氣產生，還可以與其他有機廢棄物一起變為堆肥， 回歸自然。值得一提的是，一些具有生物體適應性的生物可降解高分子材料，可以廣泛地應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包裝工程中的應用
在包裝行業中，高分子材料的應用越來越多，但是大量廢棄的包裝材料給環境造成了巨大污染。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保材料。可口可樂公司在鹽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天就可在露天的環境下消失得無影無蹤。
3.4生物醫學領域
生物可降解材料在醫學領域上的應用原理是在機體生理條件下，通過水解或酶解，從大分子的物質降解為對機體無損害的小分子物質或者是小分子物質在生物體內自行降解，最后通過機體的新陳代謝完全吸收和排泄出去，對機體不產生任何毒副作用。生物降解材料已被廣泛用于人造皮膚、縫合線、體內藥物緩釋劑和骨固定材料等外科手術中。聚丙烯、尼龍及聚酯纖維等合成纖維制成的醫用縫合線不能被機體吸收，會產生排異的現象，而且在傷口愈合后還要進行再次手術才能去除。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，現已商業化。用生物可降解的高分子材料制成的人造皮膚可應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節蛋白、骨生長因子等植入材料中，可以防止感染并促進骨愈合，控制藥物在體內的釋放速率，使藥物在體內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時，則更能顯示其優越性。微膠囊技術在控制藥物定時釋放、增加藥物的穩定性、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與應用還存在一些問題，國內外普遍承認，降解塑料比同類現行塑料的產品價格要高許多。聚合物的降解性必然會損害產品的持久性，也會在一定程度上降低它的力學性能，從而限制生物降解聚合物的應用范圍。盡管如此，隨著環保法規的完善和人們環保意識的增強，生物降解聚合物市場繼續增長，尤其是在包裝材料、塑料薄膜、醫用材料等領域的應用。然而就目前研究的成果而言，欲使其普遍使用仍需經過較長的時間。開發低成本、 具有降解時控性和高效性的生物塑料是這一領域以后研究的主要方向。
總結
生物可降解高分子材料因其獨特的性能，使得它的發展前景極為廣闊，同時也為減少環境的污染，為人類創造一個無污染的環境發揮巨大的作用。今后生物可降解高分子材料的開發研究主要應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主要集中在主要原料(如己內酯、乳酸、乳酸甲酯等)及高聚物的產量大、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上，加強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， 進一步加強生物可降解高分子材料在我國的工業化進程。
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