我国目前的高分子材料生产和使用已跃居世界前列，每年产生几百万吨废旧物。如此多的高聚物迫切需要进行生物可降解，以尽量减少对人类及环境的污染。本文探讨了生物可降解高分子材料现阶段的开发应用情况。
关键词：
高分子材料;可降解;生物
生物可降解材料，是指在自然界微生物，如细菌、霉菌及藻类作用下，可完全降解为低分子的材料。这类材料储存方便，只要保持干燥，不需避光，应用范围广，可用于地膜、包装袋、医药等领域。生物可降解的机理大致有以下3种方式：生物的细胞增长使物质发生机械性破坏;微生物对聚合物作用产生新的物质;酶的直接作用，即微生物侵蚀高聚物从而导致裂解。按照上述机理，将目前研究的几种主要的可生物可降解的高分子材料介绍如下。
一、生物可降解高分子材料概念及降解机理
生物可降解的机理大致有以下3种方式：生物的细胞增长使物质发生机械性破坏;微生物对聚合物作用产生新的物质;酶的直接作用，即微生物侵蚀高聚物从而导致裂解。一般认为，高分子材料的生物可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500的小分子量的化合物;然后，降解的生成物被微生物摄入人体内，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。
因此，生物可降解并非单一机理，而是一个复杂的生物物理、生物化学协同作用，相互促进的物理化学过程。到目前为止，有关生物可降解的机理尚未完全阐述清楚。除了生物可降解外，高分子材料在机体内的降解还被描述为生物吸收、生物侵蚀及生物劣化等。
二、生物可降解高分子材料的类型
1.微生物生产型。通过微生物合成的高分子物质。这类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，可用于制造不污染环境的生物可降解塑料。如英国ICI公司生产的“Biopol”产品。
2.合成高分子型。脂肪族聚酯具有较好的生物可降解性。但其熔点低，强度及耐热性差，无法应用。芳香族聚酯(PET)和聚酰胺的熔点较高，强度好，是应用价值很高的工程塑料，但没有生物可降解性。将脂肪族和芳香族聚酯(或聚酰胺)制成一定结构的共聚物，这种共聚物具有良好的性能，又有一定的生物可降解性。
3.天然高分子型。然界中存在的纤维素、甲壳素和木质素等均属可降解天然高分子，这些高分子可被微生物完全降解，但因纤维素等存在物理性能上的不足，由其单独制成的薄膜的耐水性、强度均达不到要求，因此，它大多与其它高分子，如由甲壳质制得的脱乙酰基多糖等共混制得。
4.掺合型。在没有生物可降解的高分子材料中，掺混一定量的生物可降解的高分子化合物，使所得产品具有相当程度的生物可降解性，这就制成了掺合型生物可降解高分子材料，但这种材料不能完全生物可降解。
三、生物可降解高分子材料的开发
传统开发生物可降解高分子材料的方法包括天然高分子的改造法、化学合成法和微生物发酵法等。
1.天然高分子的改造法。通过化学修饰和共混等方法，对自然界中存在大量的多糖类高分子，如淀粉、纤维素、甲壳素等能被生物可降解的天然高分子进行改性，可以合成生物可降解高分子材料。此法虽然原料充足，但一般不易成型加工，而且产量小，限制了它们的应用。
2.化学合成法。模拟天然高分子的化学结构，从简单的小分子出发制备分子链上含有酯基、酰胺基、肽基的聚合物，这些高分子化合物结构单元中含有易被生物可降解的化学结构或是在高分子链中嵌入易生物可降解的链段。化学合成法反应条件苛刻，副产品多，工艺复杂，成本较高。
3.微生物发酵法。许多生物能以某些有机物为碳源，通过代谢分泌出聚酯或聚糖类高分子。但利用微生物发酵法合成产物的分离有一定困难，且仍有一些副产品。生物可降解高分子材料开发的新方法——酶促合成。
四、生物可降解高分子材料的应用
目前生物可降解高分子材料主要有两方面的用途：
(1)利用其生物可降解性，解决环境污染问题，以保证人类生存环境的可持续发展。通常，对高聚物材料的处理主要有填埋、焚烧和再回收利用等3种方法，但这几种方法都有其弊端。
(2)利用其可降解性，用作生物医用材料。目前，我国一年约生产3000多亿片片剂与控释胶囊剂，其中70%以上是上了包衣的表皮，其中包衣片中有80%以上是传统的糖衣片，而国际上发达国家80%以上使用水溶性高分子材料作薄膜衣片，因此，我国的片剂制造水平与国际先进水平有很大的差距。国外片剂和薄膜衣片多采用羟丙基甲纤维素，羟丙纤维素、丙烯酸树脂、聚乙烯吡咯烷酮、醋酸纤维素、邻苯二甲酸醋酸纤维素、羟甲基纤维素钠、微晶纤维素、羟甲基淀粉钠等。
参考文献：
[1]侯红江,陈复生,程小丽,辛颖.可生物降解材料降解性的研究进展[J].塑料科技,2009(03).
[2]翟美玉,彭茜.生物可降解高分子材料[J].化学与粘合,2008(05).
生物可降解高分子材料;人工合成;食品包装;聚乳糖;实践应用
目前，为保障食品包装安全且不受到外界不良环境因素的影响，体现包装的良好生态适应性，基于生物可降解及人工合成的高分子材料应运而生。新材料相比传统的聚乙烯塑料食品包装材料，更加绿色环保，是该领域的一次伟大革命，具有极高的应用普及性。
1.食品包装概述
食品包装满足了人类食物供给的基本需求，在商品交换与贸易活动中占据了极为重要的地位，是商品的关键组成部分。食品包装在功能表现上十分明确，就是保护商品储运与销售流通，在流通过程中不被外界环境污染破坏，提升商品使用价值也是显而易见的。
因此，当前人们已经对食品包装材料选择作出了综合考量，希望选用一种可以替代的可降解材料，避免白色污染产生，这就是生物可降解高分子材料[1]。
2.食品包装中生物及人工合成可降解高分子材料的实践应用
2.1食品包装中的生物可降解高分子材料实践应用
第一，淀粉。淀粉在日常生活中十分常见，来自谷类、薯类植物的种子、根茎等组织，属于多糖化合物产物。淀粉的可贵之处在于能够在任何环境中被完全降解，属于天然可降解材料。目前，天然淀粉和改性淀粉都能被应用于食品包装加工领域中。从淀粉的化学分子属性分析，其能够制作生成具有高合成属性的薄膜材料，这种材料透明且无色无味，同时具有低透氧性等特性。
淀粉膜作为聚合物也有缺陷，例如，其具有低机械性能与强透水性，导致淀粉薄膜在食品包装使用过程中受到一定限制。目前，淀粉可降解高分子材料有所改良，主要是将淀粉与PCL聚己内酯相互结合改性处理，制作生成了具有极高机械性能的单膜。如具有高质量的玉米淀粉+壳聚糖混合高分子可降解材料，这种材料制作生成的食品包装具有复合性与可食性，属于典型的具有柔韧性与延展性的复合膜。这种食品包装的单膜性能是相当理想的，可与其他各种生物可降解材料共同混合应用于食品包装加工领域。从作为食品包装产品的作用上看，这种淀粉包装复合薄膜在包装牛肉饼等炸制食品时，可抑制食品中脂肪的氧化与水分流失，可避免食品快速产生异味，因为较好地抑制了食品中微生物的增生速度，在肉制品包装保鲜过程中具有实用价值[4]。
第二，蛋白质。蛋白质作为另一种天然可降解材料，其中包含20多种蛋白原氨基酸，属于多肽化合物。如果对蛋白质进行热、酸、碱溶剂处理，就会改变其结构标准。
但是，相比目前市面上比较常见的合成膜，蛋白质膜在耐水性与机械强度方面表现偏差，但具有极佳的阻隔性，这一点远胜各种多糖复合膜。目前，用于食品包装制作中的蛋白质类型，就包括大豆、玉米醇溶、豌豆、葵花蛋白等，其都能制作生成食品级别的复合膜。
胶原蛋白也是蛋白质中的一种，其结缔组织中的蛋白质成分相当丰富，主要存在于动物的血管、骨质组织中。
胶原蛋白在食品包装工业中的应用前景相当广阔，其可以集中应用于可食性包装膜上，其中就以蛋白质、多糖等作为制作原料。当然，在某些食品粘合剂、纤维膜中，也能看到胶原蛋白作为食品包装的原材料，为食物保鲜增加了一道保护层。
利用胶原蛋白制作成的食品包装，在保鲜与防腐方面表现出色，例如可制作成人造肠衣用于香肠制品，也可以制作成鱼、肉类的外包装纸，或糖果、果脯的内包装膜，实用价值很高。作为一种食品包装材料，其拉伸强度表现出色，在热封阻气、阻油、阻湿等方面也有不俗表现，具有极好的耐热属性[5]。
第三，壳聚糖。这种从虾蟹等甲壳类动物体内提取的天然可降解高分子材料具有多糖属性，这种糖类就叫做碱性氨基类多糖，具有无毒特性且生物相容性表现良好，且可以再生，绿色环保。
采用壳聚糖作为食品包装材料的另一大优势是具有良好的抑菌特性。例如，可以将壳聚糖直接制作成溶液喷涂于水果上，能形成一层无色无味的生物性保鲜薄膜，供人直接食用。
除上述三种生物可降解高分子材料外，纤维素也能被应用于食品包装中。纤维素来自植物细胞壁，属于天然可降解有机物，生物相容性表现出色。用这种材料制作食品包装，安全稳定、无毒无害。再者就是草浆，这种材料可用于一次性餐具食品包装，相比传统的塑料，在生态环保性方面表现更优。
采用生物天然可降解高分子材料的优势就在于，在材料包装方面透气性表现良好，具有极强的吸水保湿性与化学稳定性，是人们追求食品安全道路上的重要保障[7]。
2.2食品包装中的人工合成可降解高分子材料实践应用
在食品包装中采用生物可降解高分子材料是必要的，因为其对食品保鲜安全水平的提高有目共睹。
当然，为了节约成本，目前人们在生物材料的基础上进一步研究提出了基于人工合成的可降解高分子材料，这种材料在自然界中并不存在，主要是通过化学方法制作而成，属于生物可降解高分子材料中的新興品种。
存在于食品包装中的人工合成可降解高分子材料主要包括聚乳酸（PLA）、聚乙烯醇（PVA）、聚碳酸亚丙酯（PPC）、聚己内酯（PCL）等。
2.2.1聚乳酸（PLA）
聚乳酸（PLA）以乳酸作为原材料，可生产新型聚酯材料。目前，比较常见的是左旋、右旋、外消及内消聚乳酸，都是典型的光学异构对应体，其中，用于食品包装制作的是左旋异构聚合体聚乳酸，即L—PLA。L—PLA的生物降解性表现良好，具有友好的环境特性，能够用于堆肥，具有极佳的成膜透明性及力学特性，加工成型相当方便。
目前，在包装餐盒、餐具中常用到L—PLA是典型的绿色包装材料。就这一材料的贮藏保鲜实验而言，可确保果蔬贮藏15小时以上，保鲜效果表现良好。在L—PLA中采用小麦蛋白涂覆，在提高阻隔性表现方面非常出色，可满足气调包装要求，形成复合式薄膜。例如利用这一复合膜可对草莓实施气调包装，极大地延长草莓的保鲜保质期。
2.2.2聚乙烯醇（PVA）
聚乙烯醇（PVA）的主链包含了双碳键，直接与乙烯基聚合物相互连接，物理特性表现优越，黏度、乳化性质及分散力都表现突出，具有极强的拉伸强度、柔韧性及成膜特性。
作为一种耐水、耐油溶剂，PVA在食品工业成膜技术中表现出色。借助出色的生物可降解性，目前美国农业管理部门在肉类检验与家禽加工生产中采用的'就是PVA材料。不过，PVA材料中包含了大量的羟基结构分子，结晶温度相对较高，这就造成了其在熔融温度控制上超过分解温度，难以做到热塑成型。
为弥补PVA结构不足问题，要采用PVA与物质建立共混改性机制，提高单膜拉伸应力与断裂伸长率，如此成膜效果更佳。
如今，基于PVA的复合材料已经出现，例如，PVA—海藻糖复合材料也能作为食品包装成膜，形成三层复合薄膜，机械性能相比单膜更佳，可以将PVA的质量分数控制在20%左右。这一复合薄膜对冷鲜肉的保鲜效果是相当理想的，最长可保鲜19天[8]。
2.2.3聚碳酸亚丙酯（PPC）
聚碳酸亚丙酯（PPC）属于典型的交替共聚合物，其中的脂肪族多元醇物质丰富，在完全降解后可形成高分子材料，生物相容性表现出色。同时，其具有一定的半透明性、耐冲击性等特殊属性。
这种材料的优势在于价格成本低廉，可被广泛应用于黏合剂上，但PPC机械性能表现薄弱，如在40℃环境中就容易被软化，这在一定程度上限制了该材料在食品包装领域中的应用。PPC与天然生物可降解高分子材料能够融合形成纤维素、淀粉等复合材料。
目前，国内已经研发出以PPC为主的四层复合薄膜，可以被成功应用于食品包装领域中，如可将冷鲜肉类产品保质期延长到23天以上。这种材料的价格成本相当低廉，但使用价值相对较高，已经能够完全替代市面上的PE薄膜材料。
PPC的拉伸模量比较出色，也具有一定的拉伸强度，这可确保储存模量最高达到70℃，建立多层复合膜背景下的阻氧与阻湿性能机制，有效改善PPC的稳定性能与机械性能。
在制备PPC的过程中，可专门制作ASP—PPC复合材料，其中，ASP的添加量达到90%以上。此时，复合材料的温度会提高到42.5℃以上，这有效拓展了PPC材料的使用温度范围，也体现出PPC材料的高实用价值。
2.2.4聚己内酯（PCL）
另外，PCL在应用食品加工领域研发中，需要配合淀粉共混制备食品包装材料，配合熔融共混方法成功制备性能出色的复合食品包装材料，结合不同比例的PCL材料延长食品保鲜保质期，薄膜的阻氧性与阻湿性方面也有所强化，研究表明，复合薄膜具备极高的水蒸气与氧气阻隔性能。
另外，结合双螺旋熔融技术也能配合PPC、ASP制作生成复合材料，其材料的热降解温度与玻璃化转变温度都表现良好，可形成多种组合的复合材料。其耐热性表现也相当好，可配合PPC材料提高食品包装质量[9]。
目前，PPC材料在食品包装工业中的应用已经日益广泛，这主要是因为温度转化适应能力表现较强，在结合双螺旋熔融技术的过程中实现了改性转化，具有一定的发展前景。
3.结语
参考文献
[1]符逸洋.生物可降解高分子材料在食品包装中的应用[J].食品安全导刊,2019(30):130.
[2]徐玉莹.生物可降解高分子材料在食品包装中的应用研究[J].皮革制作与环保科技,2021(7):145-146.
[3]王佳荷.浅析可降解生物医用高分子材料[J].科技资讯,2018(28):94-95.
[4]陈静雯.聚乳酸改性及其在食品包装中的应用研究[J].塑料包装,2019(2):10-15.
[5]卢芸笑,王天顺,王晨光,等.植物基完全可降解生物塑料的现状及展望[J].食品工业,2020(3):207-210.
[6]夏玉婷,向飞,吴考,等.魔芋葡甘聚糖基抗菌活性包装膜的研究进展[J].食品工业科技,2022(1):392-399.
[7]杨伟军,齐国闯,马丕明,等.PLA纳米复合材料在食品包装的应用研究进展[J].塑料包装,2019(2):19-24.
[8]罗坤明,吴志林.抗菌涂层和抗菌塑料在食品包装中的研究发展[J].包装工程,2020(3):98-107.
[9]刘芯钥,林琼,陈云堂,等.可降解抑菌食品包装膜的研究进展[J].包装工程,2019(19):151-157.
生物可降解;高分子材料;环境保护
一、引言
二、生物可降解高分子材料的定义和降解机理
生物可降解高分子材料指的是在自然环境下，通过水的参与，可以被微生物或者某些酶分解为普通分子物质的高分子材料。这些微生物包括藻类、细菌和霉菌。分解的过程本质上是一个由微生物或者某些酶参与的水解过程。在这一过程中，高分子材料的分子量逐渐减小，最终变成单体分子物质或者如二氧化碳和水这样的代谢物质。
三、生物可降解高分子材料的分类
按照不同的分类方式可以将生物可降解高分子材料分成不同的类型。本文将根据生物可降解高分子材料的合成方式对其进行分类介绍。
（一）自然合成的生物可降解高分子材料
自然界中存在大量有机高聚物，其中很多都可以作为高分子材料使用。在这些自然形成的有机聚合物当中，例如天然橡胶、甲壳素、蛋白质、琼脂、纤维素和木质素等，在自然环境下都可以通过微生物进行降解，而且产物没有任何毒性，更不会对环境造成影响。因此，从定义上来说，这些天然的有机聚合物都属于生物可降解高分子材料。这些自然合成的生物可降解高分子材料由于热塑性较差，因此加工制造存在一定困难。此外，这类高分子材料的'力学性能以及复杂环境下的工作可靠性也不是很理想。
（二）化工合成的生物可降解高分子材料
通过化学合成制造生物可降解高分子材料目前最为常见。这种方法合成的生物可降解高分子材料主要为脂肪族聚酯，较为常见的包括聚乳酸（PLA）、聚乙烯醇（PVA）以及聚丁二酸酯（PBS）等。其中发展最为迅速的是聚乳酸。此外，通过化工方法还可以合成芳香族聚酯，该类聚合物不具有生物降解的特性。但是，芳香族聚酯材料的强度、熔点以及可加工性都要优于脂肪族聚酯构成的高分子材料。基于上述原因，一些国家和科研单位开始着手研究将芳香族聚酯和脂肪族聚酯按照一定结构组成共聚物，使这种新材料既具有较好的理化特性，又能够进行生物降解，保护环境。
（三）利用微生物合成的生物可降解高分子材料
利用微生物合成生物可降解高分子材料的方法近年来得到了越来越广泛的应用。它的合成原理是微生物在含有氮、磷等矿物质元素的环境中利用产生的酶将脂肪族聚酯降解，再将这些水解后的物质收集到一起形成新的高分子。这些新生成的高聚物含有大量的多糖和微生物聚酯。例如，在一定条件下，真氧产碱杆菌可以利用某些碳源产生聚-β-羟丁酸，广泛应用于食品包装以及薄膜生产上。
四、生物可降解高分子材料的发展前景
（一）农业方面
作为传统农业国，我国每年要消耗数量极大的塑料地膜、大棚保暖层以及农产品包装袋等。这些物资如果使用传统塑料制品，将会对环境造成巨大污染。随着材料制造技术的不断发展，生物可降解高分子材料逐步替代了传统的塑料制品被应用到农业生产上。这种材料不僅可以在自然状态下进行生物降解，保护了环境;而且降解产物还能为农业生产提供养分，达到一种良性循环的状态。
（二）医学方面
生物可降解高分子材料由于对人体危害很小所以被广泛应用于医学方面。早在20世纪七八十年代，生物可降解高分子材料就被应用于胶囊类药品的药物释放体系当中，作为缓释制剂的载体。随后这种高聚物材料又被作为手术缝合线以及骨科损伤固定材料应用于外科手术当中。近年来，随着医学技术的发展，生物可降解高分子材料逐步在细胞组织修复工作中发挥重要作用。
（三）包装材料方面
塑料袋以及其他产品包装袋向来是重要的环境污染源。将生物可降解高分子材料应用到产品包装方面，可以在极大程度上缓解、治理“白色污染”。所以这种新兴材料被越来越多地应用到物品包装方面。例如在2017年问世的“Ooho”，就直接利用从棕藻中提取的海藻基膜包装饮用水，代替了传统的塑料水瓶包装，从源头上解决了塑料水瓶对于陆地以及海洋环境的污染。
五、结束语
广泛应用生物可降解高分子材料符合我国“保护环境”的基本国策以及“科学发展观”的战略思想。从生产应用方面来看，生物可降解高分子材料的成本相比于传统高聚物材料仍然高出很多。从制备技术方面来看，这种材料的生产加工仍然存在困难。但是，作为一种新兴材料，生物可降解高分子材料是解决全球化环境问题的重要突破口，具有广阔的发展前景。所以，在机遇与挑战面前加快发展脚步，对于我国生物可降解高分子材料的未来至关重要。
[1]汪浩.生物降解高分子材料研究与进展[J].化工管理,2017(3).
[2]金泽康.可生物降解高分子材料的研究与进展[J].橡塑技术与装备,2016(24):34-35,45.
[3]桂红.浅析对生物降解高分子材料的研究[J].山东工业技术,2017(16):246.
【摘要】
【关键字】
生物降解;高分子;材料
随着经济的不断发展，人们生活水平的不断提高，大量的高分子材料在各个领域发挥重要作用，而废弃的高分子材料对环境的污染也日益严重。废弃塑料的处理方法主要分为掩埋和焚烧，这两种方法都会产生新的污染物污染环境。针对这一问题，许多国家实行了3R工程，3R指的是减少使用（Reduction）、重复使用（Reuse）、循环回收（Recycle）。但这只是减少了废弃塑料的使用，没有从根本上解决问题。如今，各种存在的处理废弃塑料的方法都会造成污染，因此研究与开发环境可接受的降解性高分子材料是解决环境污染的重要方法。
1.生物可降解高分子材料的用途
生物可降解高分子材料也被称为“绿色生态高分子材料”，它在环境日益污染的今天发挥着重要的作用，主要分为以下几个部分。
1.1解决环境污染问题
利用生物可降解高分子的生物可降解性有效解决环境污染问题。据统计，目前世界的高分子材料的产量已经超过1.2亿吨，这些高分子材料在被使用后产生了大量废弃物，这些廢弃物变成污染源，造成地下水与土壤的严重污染，进一步危害动植物的生长，对人类更是极其不利。20世纪90年代初期，在可以用来处理固体废物垃圾填埋的.场地用完以后，一些发达国家开始向落后国家出口垃圾，这一行为对发展中国家的影响是巨大的。一系列环境危机引发了人类的觉醒，发展可降解的环境友好型的材料成了科学家们的主要研究的方向，生物可降解高分子材料的出现为人类解决了这一难题，它能在一定条件下，利用微生物分泌酶的作用进行分解，大大减少了对环境的污染。
1.2生物可降解高分子在医疗器材中的使用
利用生物可降解高分子的特性可以制作生物医用材料。使用可降解高分子制作成的药物可以在人体内分解，参与人体的新陈代谢。在生物可降解分子研究的初期，研究内容主要集中于部分降解的可崩溃型高分子材料的研究，但现在这一研究已经逐渐被否定。目前许多国家仍然在不断研究与发展生物可降解性的高分子材料，然而由于技术水平与成本的制约，生物可降解高分子的研究还没有达到令人满意的程度。
1.3生物可降解高分子材料在包装行业中的应用
众所周知，包装行业中使用高分子材料的情况非常多，大量的废弃包装材料对环境的污染程度是可想而知的。目前市面上各种包装材料主要以聚乳酸为首。聚乳酸具有良好的隔水性和透明性。作为基本材料的乳酸是人体可接受的固有物质之一，这使得聚乳酸对人体无毒无害，被广大消费者接受。而传统的包装材料由合成树脂构成，由于传统树脂的分解性不强，废弃的包装材料造成了40%的城市垃圾，成为最主要的环境污染源。
2.生物可降解高分子的降解机理
生物降解指微生物的分解作用，在高分子领域指的是高分子材料在溶剂化，简单水解和酶反应等条件下，转化为相对简单的中间产物或小分子的过程。高分子材料的生物降解主要由水合作用，强度损失，物质整体化丧失和质量损失4个阶段组成。水合作用是指由范德华力氢键所维系的二次、三次结构的破裂而引发的水合作用。接下来在化学作用或酶的催化作用下，高分子主链可能破裂，造成高分子材料的强度降低。而高分子主链、交联剂、外悬基团的开裂会进一步造成交联高分子材料强度的降低，高分子链进一步断裂。高分子链的不断断裂造成质量损失和相对分子质量的降低，相对分子质量低到一定程度后就会被酶分解代谢称为水和二氧化碳等。由此可见，生物的降解过程并非是单一的化学反应，而是复杂的生物物理，生物化学的协同作用，是物理化学生物相互影响促进的过程。
3.影响生物可降解高分子降解性的因素
3.1生物高分子的分子主链的影响
四大通用塑料聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯都具有C—C键为主键的结构，使得它们对微生物的阻抗性很高，而根据研究表明，当聚合物的主链上含有C-O，C-N键时，聚合物对生物降解的敏感性大大提高。因此，根据共聚原理，想要制备出生物降解塑料就必须要在聚合物中引入易于生物降解的化学键。
3.2支化与分子量对生物高分子降解的影响
国外研究表明，对分子量范围为170～620的线性与支链型碳氢聚合物的生物降解性进行分析比较，结果表明支链型聚合物的真菌生长速度与线性聚合物相比明显小得多，也就是说线性的碳氢聚合物更易于降解。同时分子量的大小对高分子材料的影响也是巨大的，例如PS、PE、聚丁二烯和聚异丁烯只有在分子量小于特定值后才能够被菌种所分解。
3.3降解环境对生物高分子降解的影响
虽然材料结构是决定生物大分子降解的主要因素，但是环境对生物大分子材料的降解也有一定的影响作用。降解环境主要指降解过程中的水，温度，酸碱度和氧浓度等。水是微生物生长与代谢的基本条件，只有水的供应量足够，微生物才可以进行分解材料。而温度对微生物也有影响，每一种微生物都有适合其生长的最佳温度与酸碱度，一般来说真菌生长在酸性条件下，而细菌在碱性条件下的生长更加迅速，想要提高降解效率，就必须要保证微生物的正常生长，为微生物提供合适的温度，酸碱度等生长环境。
4.生物可降解高分子的前景展望
由于我国生物高分子技术的研究并不成熟，国内的生物可降解高分子的开发与应用还存在一些问题。比如：产品价格过高，产品的性能和用途受到限制，产品生产技术不够成熟等。尽管高分子市场存在许多不足，随着人们环保意识的增强和我国环保法规的不断完善，生物可降解高分子的市场仍在迅速增长。塑料薄膜、包装材料、医用材料等领域生物可降解高分子材料的研究将会得到更好的发展。目前针对如何解决市场出现的问题，研究者正在不断努力，降低开发生产成本，对现有的可降解高分子进行性能改进，以获取更高质量的高分子材料。研究开发低成本，高性能，具有降解时控性，高效性和彻底性的生物高分子材料成为高分子领域的主要研究方向。
【参考文献】
[1]王身国.生物降解高分子--一类重要的生物材料1.脂肪族聚酯的本体改性[J].高分子通报,2011,(10):1-14.
[2]张爱迪,丁德润,朱香利等.生物降解高分子材料研究应用进展[J].化工新型材料,2011,39(7):17-20.
[3]陈诗江,王清文.生物降解高分子材料研究及应用[J].化学工程与装备,2011,(7):142-144,141.
农药作为农产品生长过程中必不可少的化学产品，在预防虫害、保证农产品产量方面作出了巨大的贡献。但农药造成的残留物对环境造成了巨大的污染，针对农药污染方面，有人提出了用可降解高分子材料作为农药的合成物之一，能大大降低农药对环境的污染。探讨了可降解高分子材料在农药中的应用，对推动绿色农药在农产品中的可持续发展具有一定的参考价值。
可降解高分子材料;农药;应用
1.概述
我国是重要的农业大国，农业发展对我国发展意义重大，而农作物生长离不开农药，其主要用于预防、控制和消灭农林牧业生产中的有害生物，以及调节植物生长和昆虫生命活动规律的化学药品与生物药品[1]。近年来，全球农药滥用明显，据权威调查显示，全球每年因农药中毒的人数超过200万人，由于农药污染造成的间接死亡人数超过20万人，而全球70%的农药又被我国使用。农药利用率一般不到10%，绝大部分挥发到空气中、渗透到地下水或沉聚在土壤中，再通过食物链进入人体，危害人体健康，长此以往造成累积性中毒。一方面，农药是农业发展中的必需品，对农业经济发展有着重要作用;另一方面，由于农药滥用造成的大气、水体和土壤污染对整个农业环境及人居环境造成很大伤害，甚至威胁人类的生命安全。因此急需研究可降解农药，减小其对环境的污染，而农药降解是指化学农药在环境中从复杂结构分解为简单结构，甚至会降低或失去毒性的作用。一般而言，农药大多残留在土壤中，其以微生物的降解作用最为重要。因此本文主要研究可降解高分子农药，旨在保留农药除草、灭虫的基础上较少地对人及环境带来影响。
2.可降解高分子材料的定义及种类
生物可降解高分子材料的降解机理一般有3种，即微生物对聚合物作用、生物细胞增长作用和酶的直接作用，而降解过程一般离不开两步，第一步是微生物分泌物与材料表面结合，生成小分子量化合物;第二步是转化成为微生物体物或转化为微生物活动能量，最终转化为水和二氧化碳。生物降解是一个生物、物理和化学协同的作用过程，相互促进而不是单一机理。
3.天然可降解高分子材料在农药中的应用
3.1蛋白质在农药中的应用
蛋白质是生命的物质基础，其是有机大分子、构成细胞的基本有机物。蛋白质是由氨基酸以脱水缩合的方式组成多肽链，经过盘区折叠形成的`具有一定空间结构的物质。
当前，关于蛋白质在农药方面的研究已经有了重大的突破，即世界上首个免疫蛋白质生物农药——阿泰灵[2]。阿泰灵是以诱导植物免疫、提高植物抗性为筛选目标，首次发现极细链格孢菌中存在具有激发植物免疫的蛋白质，并从中分离获得能诱导植物免疫、提高植物抗性的新蛋白Hrip，为蛋白质生物农药筛选提供了新策略和新技术。前人研究主要集中在细菌产生的能引本研究团队首次以引起烟草叶片过敏反应为示踪，利用多种蛋白分离和纯化技术，从真菌极细链格孢代谢物中分离出一种新蛋白激发子。提高蛋白质生产率，降低成本，是目前以蛋白质这类可降解高分子材料制作绿色农药的关键技术之一，但不可否认的是，蛋白质在绿色农药制作方面还有着巨大的技术提升空间。
3.2淀粉在农药中的应用
淀粉是一种含有吡喃葡萄糖环基的均聚物，优点是资源丰富、获取简单，但是缺点也很明显，如热塑性差、亲水性太强，因此在加工成型后性能较差。所以，常见的做法是将淀粉进行改性后与其他高聚物共混，例如与聚乙烯醇、聚乳酸、聚乙烯-乙烯醇共聚物等共混，就可以形成可生物降解、性能良好的高分子材料。
当前，淀粉在农药方面的研究报道也非常多，而且都证明了淀粉在农药方面的作用非常好。例如，用直链淀粉作为原材料制作纳米农药，这种制备的纳米农药粒径小、分散度高、黏附性好、生物活性强，最终做成的产物可降解。还有用淀粉作为农药的释放降解基材，使得农药降解时污染降到了最低，甚至还可以根据自己的需求对淀粉进行改性处理以满足条件。总的来说，淀粉在绿色农药方面的发展潜力可观，未来提升的空间巨大[3]。
3.3纤维素在农药中的应用
纤维素是由葡萄糖组成的大分子多糖，不溶于水及一般有机溶剂。纤维素是自然界中分布最广、含量最多的一种多糖，其含量占了植物界碳含量的50%以上。纤维素的柔顺性差，呈刚性。其分子间有极性，分子链之间相互作用力很强，而且纤维素分子内和分子间都能形成氢键。所以要用纤维素作为农药的降解基材，必须先将纤维素进行改性。纤维素改性后其衍生物很多，所以也被应用于其他多个领域。
当前，纤维素在商品方面的应用和研究已经十分成熟，但是在农药方面的研究却非常少。生物农药较传统农药具有污染性小、性能效果好等特点，但是容易在紫外线下分解，降低农药的作用，以纤维素为主体研究的抗紫外线膜就非常应景。其主要是给农药上添加一层纤维素膜，然后添加抗紫外线性能，保证农药的性能在不受紫外线干扰的情况下同时达到控制释放农药的效果。以目前的情况来看，纤维素在农药方面的研究太过匮乏，需要更多的人才进行研发及研究。
3.4甲壳素在农药方面的应用
甲壳素又称几丁质、甲壳质，是一种从海洋甲壳类动物的壳中提取出来的多糖物质。通常是浅米黄色至白色，甲壳素的脱乙酰基衍生物（Chitosanderivatives）壳聚糖（chitosan）不溶于水，可溶于部分稀酸。甲壳素早在20世纪就被人类所发现并应用，而将其应用在农业方面却是在近几年才慢慢被重视起来。
甲壳素在农业方面的应用并不是主体，反而甲壳素的脱乙酰基产物——壳聚糖却被大量使用。壳聚糖作为甲壳素的脱乙酰基产物，溶解性能大大提高，拥有极强的杀菌作用。因此，科学家发现了壳聚糖在农业农药方面的巨大前景，于是壳聚糖在农药方面的研发也愈来愈多。壳聚糖对植物病原菌的孢子萌发和菌丝生长均有阻碍作用，并且对植物病原菌感染的防护机能有诱导作用。同时，壳聚糖还具有抑菌活性的作用。研究发现，壳聚糖具有抗植物病毒、类病毒的能力，在多种植株（豆类、烟草等）叶片上喷洒或注射，可保护植株不受病毒的侵染。据研究发现，壳聚糖还可激发种子提早萌芽，促进作物生长，提高产量和品质。
3.5其他
除了以上由于特征或优势特殊的常用于农药中的高分子材料外，还有海藻胶、明胶和魔芋胶等也偶尔用于农药中。海藻胶可作为一种包裹材料，作为农药包装封用时，可以有效控制化学药剂和生物释放速度，因此对于防治田间杂草具有很好的价值。明胶可与乙醇按照一定比例，加入柠檬酸钠调节pH值并用去离子水调整浓度，对去除植物农药残留具有良好作用。魔芋胶用作食品行业较多，如冰激凌和啤酒（稳定剂）、果汁（澄清剂）、微胶囊（成膜性）。此外，由于其具有很好的稳定性，还可用于各种水剂和农药悬浮剂。
4.存在问题及未来展望
生物可降解高分子材料虽能大大降低农药对环境的污染，但是由于其价格偏高，其实际使用价值受限。并且高分子聚合物本身的降解速度、降解产物的毒性及体内的积聚等都是主要问题，在降解机理方面还不够深入，提高可降解高分子材料稳定性和提升其适用范围、不造成二次污染是未来研究重点。
目前，我国在农药方面的研发和应用较少，但农业是我国的根本，发展农业必不可少的是农药，其就像催化剂能够推动农业的发展一样。而且全球环保问题也能提上日程，必须加大对农药的研究与研发。农药的制备工程工序也不是很完善，应该研究出更加完善、更加成熟的生產方案，再降低成本，使其大众化、平民化。可降解高分子材料作为农药的成分已不可缺少，其污染小、性能效果更好、毒性更小等特点是传统农药比不上的，深入对可降解高分子农药的研究，有利于国家的发展，可减少全球污染。
[1]陈学思.生物可降解高分子材料[J].科学观察,2018,13(4):35-38.
[2]邱德文.植物免疫诱导剂--蛋白质生物农药“阿泰灵”的创制与利用[C]//中国植物保护学会.植保科技创新与农业精准扶贫--中国植物保护学会2016年学术年会论文集.北京:中国农业科学技术出版社,2016:25-28.
[3]黄云霄.基于直链淀粉为壁材的纳米农药的制备[D].贵阳:贵州大学,2019.
近年来，我国的工业化进程有了很大进展，对绿色环保型材料的需求量越来越大。高分子材料較传统的金属、金属氧化物、陶瓷材料等而言，具有更为良好的机械性能，高的耐化学腐蚀性、灵活的分子结构，以及低廉的加工成型成本，在发光二极管、航天航空材料、电子元器件、一次性用品、包装材料等领域表现出了广泛的应用。本文首先分析了几种高分子材料的制备，其次探讨了可降解高分子材料的现状及其降解机理的介绍，以供参考。
可降解高分子;生物基高分子;包装材料;合成高分子
1.高分子材料的制备
1.1本征型导热高分子
本征型导热高分子指的是通过化学合成或机械外力作用的方法，改善高分子材料原有的分子链无规则缠绕和无序非晶结构，促进声子或电子在高分子材料内部对热量的传递，制备出本身具有高导热性能的高分子材料[1]。该方法可以在优化高分子材料本身热性能的同时，对其力学性能、导电性能等进行进一步改善，从而得到综合性能优异的高分子材料。
1.2合成化学催化材料
在各类物质的加工合成中，石墨烯和高分子复合可提高反应速率、降低活化能等，显著提升新型催化材料的性能。en等[2]所制得负载钌纳米粒子的氧化石墨烯-聚（N-乙烯基-2-吡咯烷酮）（Ru@GO-PVP）催化材料，转换频率（TOF）在室温下可达896.54h1;原高于70℃才分解的二甲基胺硼烷（DMAB），在此催化作用下25℃便可将活化能降到（11.45±2）kJ/mol，且发生强烈脱氢反应。而Karabog等制备的γ备氧化铝负载钯（Pd（0））纳米粒子（Pd（0）/Al2O3）经过也能使DMAB在常温下分解，但TOF只有73h1，且在使用三次后发生团聚。
2.可降解高分子材料的制备
2.1聚乳酸PLA
聚乳酸（PLA）又称为聚丙交酯，是以乳酸为单体聚合成的一类脂肪族聚酯[4]。其单体纯度分为光学纯和化学纯，L-乳酸光学纯度达到99%以上，同时，金属和其它杂质含量被控制在极低的水平才能够用来合成高质量的丙交酯单体，从而制备较高质量的聚乳酸，其制备过程涉及发酵、酯化、精制、脱水、催化剂开发、开环共聚等多个过程，放大过程需要解决的问题较多。
2.2热塑性生物降解塑料
聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯（PBAT）是几类生物降解材料中最易实现产业化的技术，其工艺路线与PET接近。当前PBAT作为降解材料主要应用于包装膜及地膜产品，主要开发种类有：接枝增强母粒改性PBAT、PLA+PBAT+淀粉[5]、PLA+PBAT+碳酸钙、PBAT+滑石粉等产品。
2.3聚己内酯PCL
聚己内酯（PCL）作为一种线性脂肪族聚酯，由己内酯单体经一系列脱水、开环聚合等反应后形成的一种玻璃化转变温度较低为-60℃，熔点为60-63℃，分解温度在250℃以上，高于其他大多数聚酯，热稳定性、水解稳定性和低温特性优良，与多种聚合物的相容性很好，与多种材料的粘合力较强。经一系列改性后，可应用于地膜、包装薄膜、3D打印、骨科/齿科固定材料，3-6个月可经生物降解路径，完全降解为二氧化碳和水。
3.可降解高分子材料的降解机理
3.1微生物对塑料的生物降解
细菌是自然界中最主要且数量最多的一类生物，具有降解各类塑料的能力（表S1）。从沿海地区塑料废物倾倒场收集的248个细菌菌株中，发现了140个可降解HDPE的菌株，其中芽孢杆菌属（Bacillussp.）和假单胞菌属（Pseudomonassp.）是最有效的降解细菌，可在一个月内使HDPE薄膜的质量损失最高达23.14%，同时使HDPE的羰基指数下降、乙烯基指数上升，这要归因于降解过程中氧气的参与使羰基被氧化为双键。然而，即使在无氧条件下，细菌也可以降解塑料，但降解速率有所降低。从污水处理厂污泥中分离出的假单胞菌属菌株MYK1在有氧和无氧条件下降解PLA的CO2产率分别是0.235和0.025（molCO2）（ngDNA）–1h–1，芽孢杆菌属菌株MYK2在有氧和无氧条件下降解PLA的CO2产率分别是0.248和0.097（molCO2）（ngDNA）–1h–1，两种细菌均可以造成PLA表面形态的变化，形成深约18μm、宽约23μm的孔洞。值得注意的是，由多种细菌组成的菌团对塑料的降解效果更明显。将多种降解效率较高的菌株混合培养可以提高塑料的生物降解效率，为如何有效处理环境中的塑料垃圾提供了新思路。
3.2热降解
热降解主要是通过热量使高分子材料结构中的链段发生断裂，从而降低其交联密度和强度，因此，能够进行热降解的高分子长链中应含有一定数量的可裂解基团。在回收过程中对其进行酸处理，使环氧树脂与碳纤维有效分离，得到可再次回收利用的碳纤维。
3.3不同降解途径对对生态系统的影响
塑料经过生物降解后可最终矿化为CO2等相对环境友好的物质，但若以伪降解（生物基填充物）途径将高分子塑料降解为尺寸减小的.塑料碎片和低分子量聚合物，这些降解产物具有不同程度的生物毒性。塑料经伪降解后会产生尺寸减小的塑料碎片，并吸附环境中的有害物质（如重金属、持久性有机污染物等），通过自身摄食或食物链传递的方式进入动物体后，对动物的生长、发育和繁殖能力产生损害。
结语
综上所述，目前，对可降解高分子材料的研究主要集中于天然可降解高分子材料性能的优化，以及合成型可降解高分子材料的开发，并未对其降解速率、物理结构、化学性能等在降解过程中的变化及与其化学结构的关系进行深入研究。在可降解高分子材料未来的研究中，可降解高分子材料性能的优化、材料降解速率的可控调节将成为可降解高分子的重点发展方向。
[1]周文英,张亚婷.本征型导热高分子材料[J].合成树脂及塑料,2010(2):6.
[2]陈奇俤,苗晋康,蔡道平,等.一种氮掺杂碳包覆钴镍硫化物/石墨烯复合电极材料:,CN108075128A[P].
[3]周倩楠.石墨烯/碳纳米管/环氧树脂复合材料的导热性能的实验研究[D].青岛理工大学.
本文以生物可降解高分子材料为研究视角，主要分析了淀粉膜、蛋白质膜、壳聚糖基膜的优点、缺陷以及在食品包装领域中的利用价值。
生物可降解；高分子材料；食品包装
前言：
—、淀粉
与其他可降解成膜的材料相比较来看。淀粉形成的薄膜具备与合成高分子材料薄膜非常相近的物理性质。如透明性比较高、在使用的过程中不会产生刺激性气味，对于二氧化碳的半透性以及对氧气的低透性等，都使得这一材料极具魅力。但是，淀粉膜与其他聚合物相比较来看也存在一定的缺陷，如其亲水性比较强、机械性能比较低，这就使得淀粉膜在实际应用的过程中受到一定的阻碍。为了有效弥补这一缺陷，进而扩大淀粉膜在食品包装领域的运用，现阶段很多专家学者将淀粉与其他物质进行混合进而实现性质的改变。例如现阶段普遍会将淀粉与PCL实施混合。从而获得了淀粉/PCL可降解薄膜，进而提高了传统淀粉膜的机械性能。也有一部分研究将玉米淀粉与壳聚糖进行混合进而获得可以直接食用的复合性薄膜，在一定程度上提高了淀粉膜的柔韧性以及可延展性。与此同时，淀粉膜还可以与非可降解物质进行混合应用于食品包装领域。总而言之，淀粉膜在食品包装的应用前景是非常广阔的。
二、蛋白质
蛋白质是基于20个蛋白原氨基酸通过酯胺键结合而产生的富含100余个氨基酸残基的多肽化合物。一般情况下来讲。蛋白质必须要经过热处理、酸碱处理等实现对其自身结构的延伸，进而达到成膜的结构标准。与其他和成膜相比较来看。蛋白质膜具有一定的缺陷，那就是其耐水性以及机械强度都比较低，但是其也具有独特的优势那就是阻隔性能比较好。蛋白质膜的种类是比较多的，如大豆蛋白、豌豆蛋白、葵花蛋白等，现阶段在食品加工以及生物可降解包装膜领域应用比较广泛。
胶原是蛋白质的一种。其属于天然的蛋白质。也是构成结缔组织过程中极为重要的结构蛋白质，其主要存在于动物蛋白质、骨和血管等组织当中，通常呈现透明的状态。胶原蛋白最常见的用途就是用于食品的保鲜以及防腐。胶原蛋白作为肠衣可以有效替代天然肠衣，在香肠的制作中广泛应用。可合成纤维膜通常都是作为食品的粘合剂广泛应用于鱼类、肉类等包装当中。在果脯等食品的内包装中。胶原蛋白也具有非常大的优势以及应用价值。可食用的胶原蛋白膜具备一定的'优点，如拉伸性能比较好，阻气、阻油、阻湿等性能均比较强，所以在各类食品的保鲜当中，其发挥重要作用。与此同时，乳清蛋白膜对于食品的保鲜也发挥出极强的作用，例如其对番茄等蔬菜就会起到很好的保鲜作用。所以在蔬菜包装当中乳清蛋白膜经常使用。玉米醇溶蛋白是一种可食用性的液体包装膜，其耐热性能比较好，在使用的过程中亲和力非常强。所以在很多食品包装的内涂层当中应用比较广泛，可以达到保鲜、防渗透等食品包装目的。
三、壳聚糖
壳聚糖是在虾蟹等的甲壳当中提取出来的一种大量存在碱性氨基类多糖的物质。是甲壳素的主要产物。具有无毒性、生物相容性良好的特点，也是目前广泛应用的可降解高分子材料。是一种具有可再生性质的环保型保鲜剂。壳聚糖在使用的过程中表现出良好的抑菌性能。且不具备毒性以及污染性。壳聚糖基膜可以分为两大类。其一是可食用性的包装膜，其二是涂膜，并且壳聚糖基膜的透明度比较高、阻氧性比较好，所以其常被运用于食品的内包装中，在食品保鲜包装当中也发挥出一定的优势。将壳聚糖制成溶液喷洒在经过清洗或者削皮的水果之上。经过热处理或者风处理之后可以产生一层无色、无味、无毒的薄膜，在食用的过程中无需清洗就可以直接食用。