第一情报 ---材料工业

生物可降解聚合物成为国内外研究应用热点(一)

供稿人:瞿丽曼  供稿时间:2005-7-13   关键字:生物可降解  聚合物  
材料科学是当今世界的带头学科之一,继金属材料、无机材料之后,高分子材料与复合材料成为材料科学领域之中的后起之秀,并且由于其良好的功能性、实用性、在材料领域中的地位日益突出,产量增长最快。聚合物的蓬勃发展,给人类带来了文明,但其大量使用产生的塑料废弃物也与日俱增,每年总量高达5000万吨,是塑料工业年产量的一半。废塑料,特别是塑料地膜、垃圾袋、购物袋、餐具、包装材料等一次性塑料的废弃物,导致了环境污染的加剧,引起了人们对聚合物废料处理的关注,如合成树脂聚乙烯等,由于分子量大、内部结构稳定、成分复杂、抗侵蚀能力强,自然降解达200~600年,对环境的污染是当前一大棘手的问题。而生物降解聚合物作为一种可自然降解的材料,在环保方面起到了独特的作用,其研究和开发得到了迅速的发展。
 
生物可降解聚合物的种类
 
生物可降解聚合物是指在生物体内能被降解或酶解,生成的小分子物质被机体吸收并排出体外的一类高分子材料。目前己研究开发的生物降解聚合物主要有天然高分子、微生物合成高分子和人工合成高分子三大类。其中天然可降解聚合物包括淀粉、纤维素、聚糖、甲壳素、壳聚糖及其衍生物等;微生物合成的可降解聚合物包括聚羟基烷基醇酯、聚(β-苹果酸酯)等,人工合成的可降解聚合物包括聚α-羟基酸酯类、聚己内酯、聚氰基丙烯酸酯等。按结构和性质又可分为嵌段共聚物、阳离子聚合物、智能聚合物等。
 
生物降解聚合物的降解机理
 
聚合物的生物降解是指在生物作用下,聚合物发生降解、同化的过程。起生物降解作用的微生物主要包括真菌、霉菌或藻类,作用机理主要可分归三类:(1)生物物理作用;由于生物细胞增长而使聚合物组分水解、电离或质子化而发生机械性破坏,分裂成低聚物碎片;(2)生物化学作用;微生物对聚合物作用而产生新物质(CH4,CO2和H2O);(3)酶直接作用;被微生物侵蚀部分导致塑料分裂或氧化崩裂。生物降解并非单一机理,是复杂的生物物理、生物化学协同作用,并同时伴有相互促进的物理、化学过程。
 
生物降解性聚合物的研究
 
天然可降解聚合物
利用植物中的纤维素、木质素和淀粉等,利用动物中的壳聚糖、聚氨基葡萄糖、动物胶以及海洋生物的藻类等,可制造有价值的生物降解塑料。
 
淀粉及其衍生物因为生物降解性好,价格低廉而被改性做为填充塑料的重点,并且其接枝物在很多方面具有广泛的应用前景。另一方面,高含量淀粉基聚合物则可以做为完全生物降解型聚合物。将改性淀粉与合成生物降解聚合物,如PVA、PHB、PHV、PHBV、PCL共混、从而提高产品的降解性和力学性能是当前研究较多的一个方面。利用淀粉得到完全或部分生物降解的塑料的较典型的例子有:美国Warner-Lambert公司开发的商品牌号为Novon的完全生物降解塑料;加拿大St.Lawrence淀粉公司的Ecostar型母科;PVA/淀粉共混材料,商品牌号Mater-Bi。
 
人工合成可降解聚合物
生物降解性聚酯、脂肪族聚碳酸酯的研究开发同样具有重大的意义。尤其是后者,可以人为地将CO2带入物质循环圈。例如将CO2与环氧乙烷共聚得到具有良好生物降解性和生物相容性的聚碳酸亚乙酯;以乳酸为原料制造开发的廉价生物降解塑料聚乳酸(PLA)的新技术在荷兰、日本岛津制作所已开发成功;此类其它材料还有聚已内酯、脂肪族聚酯与芳香族聚酯的共聚物、由脂肪族聚酯与尼龙合成的聚酰胺酯、聚羟基烷酸酯等。
 
微生物合成可降解聚合物
对于微生物合成的可生物降解塑料在英国ICI公司和美国的W.R.Gyace公司已经投产;日本钟渊化学工业公司与美国P&G公司签订了一项有关联合开发生物可降解聚合物PHBH(3-羟基丁酸和3-羟基己酸的共聚聚酯)的协议;PHBH的制备是通过聚合物在微生物内部的聚集作用,使用培养技术再加以精制而得;钟渊公司打算于2005年年底或2006年年初实现这种共聚物的工业化生产。
 
目前国内的中科院成都生物所、上海有机所、长春应化所、北京市发酵工业研究所、清华大学等地已展开研究,但均属初步研究阶段。
 
参考文献:
1.霍美蓉,周建平.药用辅料研究新进展—生物可降解聚合物.中国天然药物2003,1(4) 246-251
2.日美联合开发生物可降解聚合物PHBH.上海化工2004,29(7) 39-39
3.张力,徐依斌.可降解聚合物.华南师范大学学报:自然科学版1999,(3) 108-114
4. Biodegradable polymers capture new attention.http://www.omnexus.com/ 

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