从源头保护环境才是最有效的手段

序：简要说明了生物可降解材料的含义、降解原理，介绍了目前较为成功的生物可降解材料的种类、结构、性能及制备方法。阐述了高分子材料生物降解性的影响因素。

1生物可降解高分子概念

生物降解高分子是指高分子塑料使用性能优良，废弃时在自然界中被微生物作用而降解，最终变成水和二氧化碳等无害的分子物质，从而进入自然界良性循环的塑料及其制品。

2降解原理

目前，生物降解的机理尚未完全研究透彻。一般认为，高分子材料的生物降解是经过两个过程进行的。首先，微生物向体外分泌水解酶，和材料表面结合，通过水解切断高分子链，生成分子量小于500g/mol以下的小分子量的化合物(有机酸、糖等)；然后，降解的生成物被微生物摄入体内，经过种种的代谢路线，合成为微生物体物或转化为微生物活动的能量，最终都转化为水和二氧化碳。这种降解具有生物物理、生物化学效应，同时还伴有其它物化作用，如水解、氧化等，是一个非常复杂的过程，它主要取决于高分子的大小和结构，微生物的种类及温度、湿度等环境因素。高分子材料的化学结构直接影响着生物可降解能力的强弱，一般情况下:脂肪族酯键、肽键＞氨基甲酸酯＞脂肪族醚键＞亚甲基。此外，分子量大、分子排列规整、疏水性大的高分子材料不利于微生物的侵蚀和生长，不利于生物降解。通过各种研究表明，降解产生的碎片长度与高分子材料单晶晶层厚度成正比，极性越小的共聚酯越易于被真菌降解，细菌对a－氨基含量高的高分子材料的降解作用十分明显。高分子材料的生物降解通常情况下需要满足以下几个条件:(1)存在能降解高分子材料的微生物；(2)有足够的氧气、潮气和矿物质养分；(3)要有一定的温度条件；⑷pH值大约在5～8之间。生物降解高分子材料的研究途径主要有两种，一种是合成具有可以被微生物或酶降解的化学结构的大分子；另一种是培养专门用于降解通用高分子材料的微生物。目前的研究方向以前一种为主，人们已经成功地合成了一系列生物可降解高分子材料。

3生物可降解高分子的结构和制备方法

生物可降解高分子的结构与制备方法息息相关。根据制备方法，生物可降解高分子材料可分为“微生物合成体系、化学合成体系和利用天然高分子体系”三大类。

3.1微生物合成体系

用微生物产生的酶将聚合物(聚酯类)解聚水解，再吸收合成高分子。这些化合物含微生物聚酯和微生物多糖。代表产品为聚羟基丁酯均聚物(PHB)、聚羟基丁酯戊酯共聚物(PHBV)、生物纤维束、聚氨基酸。

以PHBV为例，英国ICI公司首先以丙酸、葡萄糖为碳源食物，通过发酵法成功地开发出有实用价值的生物降解性3－羟基丁酸－3－羟基戊酸共聚物(PHBV)，商品名称为Biopol，是分子量50－60万的结晶性热塑性聚酯。其化学结构为:

其微生物有Actinomycetes放线菌、Alcaligenes产碱杆菌、Bacillus孢芽杆菌等。其碳源有葡萄糖、有机酸、醇、石油、二氧化碳等。

其制备流程:原料准备－＞微生物发酵－＞聚合物提取－＞聚合物干燥－＞造粒-＞降解塑料。

此工艺操作中，戊酸酯含量必须严控在5%－20%(戊酸酯含量上升导致结晶度、柔性和熔点下降)。

这种共聚物的机械特性好，耐热性优良(可在热水中使用，HDT相当于PP)，耐油性、耐水性、耐候性、耐药性和气体屏障性也很好。

PHBV在空气中是稳定的，当聚合物置于微生物活性强的环境，如土壤，下水道和海水中时，就发生生物降解，最后分解为水和二氧化碳消失。

3.2化学合成体系

用化学合成方法生产的生物可降解高分子材料主要为脂肪族聚酯，常见的有聚丁二酸酯(PBS)、聚乳酸(PLA)、聚已内酯等。

3.2.1聚丁二酸酯

由二醇和二酸脱水聚合制得，其化学结构如下:

PBS是目前世界公认的综合性能最好的生物降解塑料。它同样可以进行完全降解。PBS聚合物有优良的机械性能和成型加工性能，可以直接用于纺丝或注塑。其密度和熔融指数略大于PP，力学温度全部略低于PP。

3.2.2聚乳酸

聚乳酸(PLA)是一种生物原料制品，具有很好的生物降解性、生物相容性和生物可吸收性，在降解后不会遗留任何环保问题。

PLA的聚合方法一般有两种，一种是以谷物为原料，在溶液中直接由乳酸聚合，另一种是经过环状二单体丙交酯聚合而成。其化学结构如下:

PLA聚合物有足够的强度、热稳定性和热塑性能，可以熔融纺丝，其长丝的性能介于PA6和PET之间。

3.2.3聚己内酯

以ε－已内酯为单体经开环聚合可制得分子量在10000以上的聚已内酯，其化学结构为:

聚已内酯是高结晶性脂肪族聚酯，玻璃化温度为－60℃，柔软程度、抗张强度与尼龙相似。因为熔点低，很少单独使用，通常将它与其它树脂或填充物复合，以提高它的实用耐热性，例如可以与聚β—羟基丁酸共混熔纺。 1/3 123下一页尾页