随着我国经济和技术的不断发展，人们环保意识逐渐增强，高分子材料凭借其特有的性质，给人们生活带来了很大的便利，并且应用领域也越来越广泛[1-2]。但是，高分子材料的应用一方面提升了人们生活水平，另一方面也对生活环境造成了一定程度的污染。由于传统高分子材料无法自动降解，一般采用焚烧或掩埋的方式对其进行处理，但是这两种方式都存在一定的污染问题，因此开发生物降解高分子材料成为了人们研究的热点。
1 生物降解高分子材料及其应用
生物降解高分子材料顾名思义就是指，一些能够在微生物的协助下通过一系列的化学、物理、生物反应可以有效分解的高分子材料[3-4]。目前主要应用的微生物包括细菌、藻类等自然生物。通过这些微生物产生的生物酶的作用，降解高分子材料，这一分解方式针对一些高分子废弃物作用明显，因此，其在医学器具和药剂中得到了广泛应用。
目前生物降解高分子材料可以分成三大类，第一类是微生物合成高分子材料，这种材料由英国科学家在20世纪中期开发，主要在食品包装以及容器装置上应用，具有较好的耐高温性能和隔离性能等；第二类是化学合成高分子，这种材料由美国公司开发出的，这种材料主要以聚乙烯醇为基础，具备很好的水溶性和耐高温性能；第三类是天然高分子材料，这类材料主要是指蛋白质和纤维素等，这些材料资源充足，并且能够无害化分解，缺点是热塑性较差，并且耐水性能一般。
目前，生物降解高分子材料主要在医疗环保、包装等领域应用。
（1）医疗环保领域的应用。
生物降解高分子材料凭借其良好的可塑性，使其广泛应用在医疗领域。并且，由于其可以在人体内自动分解，所以常常被用在药物上参与代谢。研究初期科研人员主要把研究重点放在可部分降解高分子材料商上，但随着技术的不断进步和完善，这种材料逐渐失去了市场。现在各国主要研究重点放在了生物降解高分子材料上，但是由于技术还不够完善，很多成果还没有达到最佳。
由于生物降解高分子材料能够自动降解，所以不会对环境造成污染，所以其在环保领域应用能够解决环境问题。由于传统高分子材料无法自动降解，再加上20世纪以来，发达国家向我国出口垃圾，加重了我国的环境污染。生物降解高分子材料给解决这一系列环境问题，提出了新方案。
（2）包装领域
目前，大多数的包装都选用高分子材料，然而大量包装废弃物，造成环境的污染压力陡升。传统的包装材料一般选用合成树脂为主要成分，这种物质分解性非常差，城市污染的一半垃圾都来自于此。为了改变这种状况，目前市场上主要选用主要成分为聚乳酸的包装，这种物质具有很好的隔水性，并且对人体无害，也降低了环境压力。
2 生物降解高分子材料的分解原理
生物降解高分子材料的降解主要是通过微生物的分解作用，把高分子材料从大分子转变为小分子，这期间需要特殊酶的辅助作为固定条件。高分子材料的降解可以分成四个步骤：水合作用，氢键在范德华力的作用下发生破裂；强度损失，在特殊酶的作用下，造成高分子链的破裂，引起材料强度的损失；物质整体化丧失，高分子链的破裂引起交联强度降低；质量损失，高分子链的进一步破裂，造成质量损失。这四个步骤把高分子材料分解成没有污染的二氧化碳和水等物质。
3生物降解高分子材料性能的影响因素
生物降解高分子材料性能的影响因素相对较多，大体上分为三类：分子量多少、分子链结构和降解环境等。
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（1）分子量的影响
研究表明，当分子量处于170-620范围内的时候，线性碳氢聚合物降解性能要比支链性碳氢聚合物高出很多。此外，分子量的多少对高分子材料的生物降解有直接影响，比如聚丁二烯只有其分子量处在特定的范围时候，才能能够被某些菌种降解，不在这个分子量范围时候，无法分解。
（2）分子链结构的影响
研究发现，分子主链结构对高分子材料的生物降解有很大影响。当大分子主链中由C-N键、C-O键组成的时候，分子链的阻抗性能较低，敏感性较大，而C-C键结构的阻抗性较大，因此想要提高高分子材料的生物降解效率，可以在高分子材料中增加易于降解的化学键。
（3）环境的影响
环境也会对高分子材料的降解效率造成影响。环境影响因素主要包括：温度、水分、PH值、溶解氧等因素。这主要是因为微生物的生长环境和这些因素密不可分，水是生物生长的必要因素，只有水量充足的时候，微生物才能够正常进行生物降解。温度和PH值对微生物降解也有有影响，比如一些细菌喜欢碱性环境，如果将其放在酸性环境中，就无法进行生物降解，所以必须保证合适的酸碱度和温度才能够确保生物降解效率，溶解氧的浓度影响原理和这些雷同。
4生物降解高分子材料应用前景
目前，发展速度最快，应用推广最为顺利的当属医用生物降解高分子材料。在医药领域，生物降解高分子材料一个重要的应用是，作为药物控释的载体，当作为长效药的载体的医用生物降解高分子材料进入人体以后，因其可以在人体内自动降解，无序手术取出，这大大降低了患者的痛苦和麻烦。医用生物降解高分子材料应用的另一个重要领域是作为人体的短期植入物，比如手术的缝合线，这就免除了术后患者拆线的痛苦。
生物降解高分子材料应用的第二代领域是农业领域。我国是农业大国，农民种植所需的保鲜膜、化肥袋等物品用量非常大，如果选用生物降解高分子材料来制作这些物品，那么它就可以和肥料一起降解，不但有利于农作物生长还可以改良种植土壤，避免了因肥料袋、化肥袋造成的环境污染问题。
据相关部门预测，21世纪我国塑料包装用高分子材料将超过50t，其中有30%将难以完整回收再利用。而如果将这些塑料制品换成生物降解高分子材料，将为生物降解高分子材料创造巨大的应用市场。另外，我国庞大的一次性餐具消费市场，也给生物降解高分子材料未来的推广应用带来了巨大市场空间。
5结束语
我国对生物降解高分子材料研究，已经投入了大量人力物力，并且取得了一定成果，但是目前技术仍然不够完善。主要存在问题有：成本偏高、应用推广不利、生产技术不够完善。虽然目前生物降解高分子材料的生产应用都存在一定的不足之处，但是随着对其研究的深入，未来生物降解高分子材料的应用将会越来越广泛。当前研究的重点应该侧重于新材料的开发、成本的降低、性能的提升等方面，高性能、低成本的生物降解高分子材料是我们研究的重点方向。
参考文献
[1] 曾少华，申明霞，段鹏鹏，韩永芹，王珠银 . 可生物降解高分子材料的研究与进展 [J]. 粘接，2015，36（01）：72-76.
[2] 崔西华，王婷婷，姚甲彬，丛海林 . 生物降解高分子材料及其生物降解能力评价方法研究进展 [J]. 化工新型材料，2014，42（07）：3-5.
[3] 梁敏，王羽，宋树鑫，刘林林，齐小晶，张玉琴，董同力嘎 . 生物可降解高分子材料在食品包装中的应用 [J]. 塑料工业，2015，43（10）：1-5+18.
[4] 刘裕红 . 生物降解高分子材料的研究现状及应用前景 [J]. 农业与技术，2014，34（09）：18-19.
论文作者:吴江
论文发表刊物:《中国教工》2019年第4期
论文发表时间:2019/6/14
标签：高分子材料论文; 生物降解论文; 分解论文; 微生物论文; 分子量论文; 环境论文; 性能论文; 《中国教工》2019年第4期论文;