生物可降解高分子材料的研究进展

杨镜石

山东省淄博第七中学 山东 淄博 2500

摘要：高分子材料在当代得到了大范围的应用，随着科研水平的提升，高分子材料的应用领域也越来越广阔，但是在高分子材料大量应用的同时，一个严峻的问题已然出现，高分子材料的自然降解性能非常差。基于此，科研人员研究出生物可降解高分子材料，它们能够自然降解，不会加剧环境污染问题。针对生物可降解高分子材料的相关理论、应用范围、降解原理以及该材料降解功效的影响因素进行了详细的探讨与研究。

关键词：生物可降解 高分子材料 应用研究

人们的生活与生产中充斥着大量的高分子材料，在高分子材料得到广泛应用的过程中，由于高分子材料无法实现自动降解，对待该材料的处置手段一般分为两种，一种是掩埋，一种则是焚烧，但是这两种处理手段依然不能避免高分子材料的污染问题[1]。因此当前科研领域非常重视生物可降解高分子材料的研发，该材料的应用也是环境污染的重要根除手段。1 生物可降解高分子材料相关理论

生物可降解高分子材料在人们的生活与生产中具有非常重要的地位，下面就对其含义以及类型加以阐述。（1）生物可降解高分子材料的含义。生物可降解高分子材料是指一些能够在微生物帮助下产生化学反应、生物反应以及物理反应进而具有分解功效的高分子材料，而微生物主要包括细菌、藻类等自然存在的生物[2]。这些微生物能够分泌生物酶，在酶的作用下生物可降解高分子材料能够将大分子分解成小分子，也正是由于这种材料特性，才得到了广泛的应用。对于一些无法自然分解的废弃物，这种材料的功效非常明显，并且该材料在体内能够自由分解，因此也在医学器具以及医学药剂中得到重要应用。（2）生物可降解高分子材料的类型。主要包括三种类型：微生物合成高分子材料、化学合成高分子材料以及天然高分子材料。上个世纪中后期，英国开发出Biopol微生物合成高分子材料，该材料主要应用于食品包装以及装置容器中。其他国家也在此基础上对该类型材料加以改良，使其具有更高的耐热性、更强的气体隔离性等。美国公司开发出Vinex品牌的化学高分子材料，该材料以聚乙烯醇为基础，兼具水溶性能以及耐热性能。天然高分子材料主要是指纤维素、蛋白质等，这些材料具有充足的资源，能够进行无毒分解，但是热塑性较低，也没有较强的耐水性能。2 生物可降解高分子材料的应用

生物可降解高分子材料在生产与生活中扮演重要角色，主要的应用领域包括环保领域、医疗领域、包装领域等。（1）环保领域的应用。生物可降解高分子材料能够解决环境问题。在高分子材料得到广泛应用的过程中，由于高分子材料无法实现自动降解，进而对环境造成污染，对此处置手段一般分为两种，一种是掩埋，一种则是焚烧，但是这两种处理手段依然无法阻止高分子材料的污染问题，导致环境问题越来越严 314

重，而环境问题并没有得到根除。再加上上个世纪末发达国家向我国出口垃圾，也加剧了我国的环境污染。而一系列环境问题已经引起人们的注意，可降解材料依然成为科研人员的重点研究对象，生物可降解高分子材料因此得到了广泛的应用，它能够在特定的条件下，通过酶的作用降低环境污染程度。（2）医疗领域的应用。由于生物可降解高分子材料的可塑性，致使其在医疗领域得到了广泛的应用。同时，该材料能够在人体中自动分解，因此也被应用在药物中，参与代谢。在科研人员对此研究的初期，主要将科研重点放在可部分降解材料方面，但随着技术的完善与成熟，该材料已经停止生产。各国依然对生物可降解高分子材料的研究非常重视，但是现今该技术还不够完善，很多方面依然未达到最佳状态。（3）包装领域的应用。包装中应用高分子材料的现象非常普遍，而大量的包装废弃物也加剧了环境污染。现今市场中运用的包装的主要成分是聚乳酸，该物质具有非常强的隔水性，而乳酸对人体无危害，人们可以接受，但是传统的包装材料的主要成分却是合成树脂，该物质的分解性较差，致使一半的城市垃圾都是由该物质造成，可谓是主要污染源[3]。3 生物可降解高分子材料的分解原理

生物降解主要是指微生物的分解作用，而在材料领域中，主要是指高分子材料在固定条件下，由大分子转化为小分子的过程，固定条件一般是指特殊的酶等辅助作用。高分子材料的降解主要包括四个过程，第一过程是水合作用，是指在范德华力的影响下氢键破裂引发的水合作用。第二过程是强度损失，是指在酶等其他物质的影响下，高分子链产生破裂现象，引发材料产生强度损失。最后两个过程是指物质整体化丧失以及质量损失，是指高分子链产生破裂现象的时候会引发交联强度降低，造成高分子链更加破裂，质量损失由此出现。这四个过程能够将高分子材料分解成无污染的水与二氧化碳等物质。由此可知，高分子材料的生物降解原理既包括了化学与物理反应过程，又包括了生物反应过程，三种反应相辅相成、协同作用。4 生物可降解高分子材料性能的影响因素

高分子材料的生物降解性能涉及到很多环节，因此也具有较多影响因素，主要包括分子链结构、分子量多少以及降解环境等因素。（下转第324页）

科学管理2.3 管柱配套设备

2.3.1 免旋转连接接头

2.3.2 井口电缆穿越及密封装置

2019年第1期免旋转连接接头安装于潜油电泵与连续之间，用于管材与潜油电泵之间的对接。最后管柱对接时上端连续与下端的潜油电泵均无法转动因此对接时不能采用螺纹连接，免旋转连接接头分为上下两部分，接头之间采用法兰连接用胶垫密封，安装时将免旋转连接接头Ⅱ与潜油电泵上端连接，免旋转连接接头Ⅰ与连续井下端接头连接，最后通过法兰将上下两端管柱对接到一起。连续的电缆通过井口悬挂法兰从井内穿越到井外，用专用密封接头进行密封。井口电缆穿越及密封装置由专用井口悬挂法兰、电缆密封接头、防爆接线盒、防爆挠性管组成。井口悬挂法兰的端面上设有电缆穿线孔，非金属连续敷缆的电缆分别从穿线孔穿越到井口，穿线孔上端安装有电缆密封接头。电缆密封接头采用锥套对每根电缆单独密封，地面电缆与敷缆管的引接电缆在防爆接线盒处用接线端子进行连接，井口至地面的电缆有防爆挠性管保护。参考文献

[1]牛云峰，孙建荣，王兴卜，连续作业车主要功能装置的结构特点[J]，专用汽车，2001（4）：26-27

[2]冯定，符达良，连续作业机的应用及发展方向[J]，石油机械，1994，22（8）：48250.

[3] 刘钦祥，高学，高加索，刘纪超，张强，LXGFC40型连续作业机结构研究[J].石油矿场机械，2013，42（6）：58-60

[4]任国富，张华光，付钢旦，桂捷，赵广民，国外连续作业机的最新进展[J]，石油矿场机械，2009，38（2）：97-99

图1 免旋转连接接头

（上接第314页）

（1）高分子主链结构的影响。高分子材料涉及到四大物质，即聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯以及聚苯乙烯，这四种物质都是C-C键结构，因此具有非常强的阻抗性，但是经过科研人员研究发现，当大分子主链中含有C-O键以及C-N键的时候，这时分子链的阻抗性就会大大降低，敏感性大大增强。所以，要想加快高分子材料的生物降解反应，这就需要在高分子主链中引入易于降解的化学键，这样才能够增加高分子材料的生物降解性。（2）分子量以及支链的影响。经过研究发现，当分子量为170到620的时候，线性碳氢聚合物的生物降解性要高于支链性碳氢聚合物的生物降解性，换句话而言，线性聚合物的降解性更好。同样有研究指出，分子量的多少同样也会对生物降解性产生影响，并且不可忽视，例如聚丁二烯以及PE材料只有当分子量在一定的范围内，才能够在特性的菌种作用下，产生分解现象[4]。（3）降解环境的影响。与材料结构一样，降解环境也会对降解效率产生影响。而降解环境主要包括水因素、温度因素、pH值因素、溶解氧因素等等。微生物生长过程中，水必不可少，当水量不足时，微生物无法进行正常代谢与生长，只有水量充足，微生物才能够进行生物降解。温度与pH值同样也会对降解过程产生影响，不同微生物具有不同的降解最适温度以及降解pH值，例如一些细菌喜好酸性环境，如果将它们放置在碱性环境中，则无法产生降解现象，要想提升降解效率，就需要确保酸性环境。溶解氧浓度与此具有相同的原理。5 结束语

我国已经加强对生物高分子材料的研究，但是该技术还不够成熟，技术应用方面依然存在不可忽视的问题。主要体现在：材料成本较高、材料用途受限、生产技术欠缺等。尽管我国对于生物可降解高分子材料的研究存在很多不足之处，但却并没有停止对其研究，未来该材料应用在包装、医疗领域将会越来越强。当前科研重点则应该侧重于怎样降低材料的研发成本、如何提高材料的降解性能等方面，而研发出高性能、低成本的生物可降解高分子材料则将变成高分子领域的重要科研方向。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.

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