2023年4月17日发(作者：elel)
可生物降解材料的降解机理、种类、应用！【建筑工程类独家文
档首发】
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，做笔记的方法
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
基新工业革命
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，通过发酵法酒店实习周记
成功地开发出有实用价值的生物遇到你真好
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－＞
造粒早餐面条
-＞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－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—羟基丁酸共混熔纺。结语：
任何一个人，都要必须养成自学的习惯，即使是今天在学校的学生，也要养
成自学的习惯，因为迟早总要离开学校的！自学，就是一种独立学习，独立
思考的能力。行路，还是要靠行路人自己。努力学习，勤奋工作，让青春更
加光彩。 本文由王敏老师编辑整理，感谢大家的支持！
6.2生物医学领域
生物可降解材料在医学领域的应用原理则是在机体生理条件下，通过水解、
酶解，从大分子物质降解成对机体无损害的小分子物质，或者小分子物质在
生物体内自行降解，最后通过机体的新陈代谢完全吸收和排泄，对机体不产
生毒副作用[15]。生物降解材料已被广泛用于外科手术缝合线、人造皮肤、
骨固定材料和体内药物缓释剂等。用聚乙交酯、聚L-丙交酯（PLLA）及其共
聚物制成的外科缝合线，可在伤口愈合后自动降解并被生物体吸收，无需拆
线，现已商业化。
6.3水域环境
塑料垃圾对海洋生物的生存造成了严重的危害，对海洋生态系统的健康有着
致命的影响。水域环境中，降解材料应用的关键是这些材料废弃后能在海洋
中的微生物所分泌酶的作用下，降解成为低分子化合物，这些低分子化合物
最终参与微生物的新陈代谢，成为CO2和H2O。聚己内酯(PCL)是一种半晶型
脂肪族聚酯材料，熔点约为60℃，玻璃化温度约为-60℃，黏度很低，具有
很好的热塑性和加工性，其断裂伸长率和弹性模量介于LDPE与HDPE之间，
可以进行挤出、注塑、拉丝、吹膜等成型加工。PCL在土壤中许多微生物作
用下缓慢降解，一年以后降解95%，在空气中存放一年观察不到降解。
6.4农业地膜
上世纪90年代，我国把“可降解塑料地膜”列入“八五”、“九五”重点
科技攻关项目，上百家大专院校、科研单位及相关企业进入了降解塑料开发
行列[24]，现已成功研制出一种非淀粉型可控光和生物降解地膜（也称“双
降解地膜”），降解效果比较理想。该膜厚度0.005mm，覆盖60天左右出现
裂纹，80~120天出现大崩裂，120天后逐渐成为粉末状，省去了劳动强度大
的揭膜回收工序。同样党团工作
一块地，普通膜每亩地用膜3.7~4kg，而降解膜只用
2.局域网传输文件
3~2.5kg，降低了成本。该膜对土壤和农作物无毒害作用，微生物甚至能
够在残膜表面繁殖生长。降解膜每亩用量少、覆盖成本低，农民易于接受，
对生产工艺无特殊要求，可利用现有设备，因此也较容易推广。
6.5文体、机械用品
开发安全、实用脚麻是什么原因
的降解材料已引起研究者和开发商的兴趣。一种称为“自由
树脂”的材料，能在60℃热水里化成一团软泥，可加工成各种形状的玩具、
装饰品、文具等。冷却后，还有足够的强度并长期不变形，加热后又可以形
成新的造型。目前，已经有材料专家用聚酰胺纤维、碳纤维及环氧树脂作原
料，采用拉挤工艺生产出冲击强度比铝合金高1倍、弯曲强度也有较大提高
的滑雪杖。
7发展前景
生物可降解高分子材料的重要地位是不言而喻的，世界各国正在竭力开展研
究和开发工作，并推广其应用，前景十分广阔。为了使生物降解高分子材料
更好地服务于人类，今后的主要研究领域应当是：降低可生物降解材料成本，
材料精细化，对现有的降解高分子进行改性，用新方法合成新颖结构的降解
高分子，利用绿色天然物质制造降解高分子材料。虽然仍有很多技术问题等
待解决，但随着人们环保意识和能源危机意识的不断增强，可生物降解材料
作为一种治理环境污染、解决资源紧张等难题的全新技术途径，必将进入人
们日常生活，在各领域得到广泛应用。
来源：网络
结心旷神怡造句
语：任何一个人，都要必须养成自学的习惯，即使是今天在学校的学生，
也要养成自学的习惯，因为迟早总要离开学校的！自学，就是一种独立学习，
独立思考的能力。行路，还是要靠行路人自己。努力学习，勤奋工作，让青
春更加光彩。 本文由王敏老师编辑整理，感谢大家的支持！
