可降解高分子材料循環利用探討

　　雖然，我國目前的高分子材料生產和使用已躍居世界前茅，但是隨之而來的是每年產生幾百萬噸高聚物廢舊物。我們迫切需要對其進行生物可降解，從而減少對人類及環境的污染。本文著重探討一下高分子材料的循環利用途徑。

　　1 生物可降解高分子材料的含義及降解機理

　　生物可降解高分子材料是指在一定的時間和一定的條件下，能被微生物或其分泌物在酶或化學分解作用下發生降解的高分子材料。生物可降解的機理大致有以下三種方式：生物的細胞增長使物質發生機械性破壞；微生物對聚合物作用產生新的物質；酶的直接作用，即微生物侵蝕高聚物從而導致裂解。一般認為，高分子材料的生物可降解是經過兩個過程進行的。首先，微生物向體外分泌水解酶和材料表面結合，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，經過種種的代謝路線，合成為微生物體物或轉化為微生物活動的能量，最終都轉化為水和二氧化碳。因此，生物可降解并非單一機理，而是一個復雜的生物物理、生物化學協同作用，相互促進的物理化學過程。到目前為止，有關生物可降解的機理尚未完全闡述清楚。除了生物可降解外，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。生物可降解高分子材料的降解除與材料本身性能有關外，還與材料溫度、酶、PH值、微生物等外部環境有關。

　　2 生物可降解高分子材料的類型

　　按材料來源，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，有醫用和非醫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。

　　微生物生產型

　　通過微生物合成的高分子物質。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境的生物可降解塑料。

　　合成高分子型

　　脂肪族聚酯具有較好的生物可降解性。但其熔點低，強度及耐熱性差，無法應用。芳香族聚酯（PET）和聚酰胺的熔點較高，強度好，是應用價值很高的工程塑料，但沒有生物可降解性。將脂肪族和芳香族聚酯（或聚酰胺）制成一定結構的共聚物，這種共聚物具有良好的性能，又有一定的生物可降解性。

　　天然高分子型

　　自然界中存在的纖維素、甲殼素和木質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，由其單獨制成的薄膜的耐水性、強度均達不到要求，因此，它大多與其它高分子，如由甲殼質制得的脫乙酰基多糖等共同混制。

　　摻混型

　　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，使所得產品具有相當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。

　　3 生物可降解高分子材料的研發

　　傳統方法

　　傳統利用生物可降解高分子材料的方法主要包括：天然高分子的改造法、化學合成法和微生物發酵法等。（1）天然高分子的改造法。通過化學修飾和共混等方法，對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，而且產量小，限制了它們的應用。②化學合成法。模擬天然高分子的化學結構，從簡單的小分子出發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構單元中含有易被生物可降解的化學結構或是在高分子鏈中嵌入易生物可降解的鏈段。化學合成法反應條件苛刻，副產品多，工藝復雜，成本較高。（2）微生物發酵法。許多生物能以某些有機物為碳源，通過代謝分泌出聚酯或聚糖類高分子。但利用微生物發酵法合成產物的分離有一定困難，且仍有一些副產品。

　　酶促合成

　　用酶促法合成生物可降解高分子材料，得益于非水酶學的發展，酶在有機介質中表現出了與其在水溶液中不同的性質，并擁有了催化一些特殊反應的能力，從而顯示出了許多水相中所沒有的特點。

　　酶促合成法與化學合成法結合使用

　　酶促合成法具有高的位置及立體選擇性，而化學聚合則能有效的提高聚合物的分子量，因此，為了提高聚合效率，許多研究者已開始用酶促法與化學法聯合使用來合成生物可降解高分子材料。

　　4 結語

　　隨著高分子材料合成與加工的技術進步，生物可降解高分子材料在各行業得到廣泛、深入的應用。生物可降解高分子材料助劑、樹脂原料和加工機械一起組成了生物可降解高分子加工的三大基本要素。此外，加工工藝水平、配方技術以及相關配套服務設施也成為完美展現制品性能的不可或缺的因素。我國生物可降解高分子材料工業起步較晚，發展遲緩，難以適應目前的發展趨勢，必須借助行業發展，探索一條具有中國特色的工業之路。在消化、吸收、仿制國外先進品種和技術的基礎上，針對不同行業要求和特點，開發出高效、多功能、復合化、低（無）毒、低（無）污染、專用化的生物可降解高分子品種，提高規模化生產和管理能力，改變目前行業規模小、品種少、性能老化且雷同、針對性（專用性）差、性能價格比明顯低于國外同類產品、創新能力低下、污染嚴重、無序競爭的局面，一些新型功能的生物可降解高分子材料的發展時間不長，消費量較低，卻帶來了產業新的突破點和增長點，豐富完善了整個體系，其高技術含量和巨大的增幅顯示了強大的生命力，創造一個投入產出比明顯高于其他化工產品的新產業。