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可生物降解聚合物的制备及应用

第一章引言

目前，由于大量使用传统人工合成的塑料制品，对环境造成了

严重的影响，加之社会对可持续发展的需求增加，推动了一种新

型材料的研究——可生物降解聚合物的制备及应用。可生物降解

聚合物是一类能够被自然环境中微生物降解的高分子材料，可在

不污染环境的情况下将废物转化为有用物质。因此，这种材料被

广泛应用于食品包装、医药领域、农业以及注塑成型等领域。本

文将介绍可生物降解聚合物的制备方法、性能以及应用。

第二章可生物降解聚合物的制备方法

可生物降解聚合物的制备方法主要包括天然聚合物法、化学合

成法以及生物体内合成等方法。

2.1天然聚合物法

天然聚合物法是较为简单的制备方法，主要使用的原材料为天

然物质，如淀粉、纤维素以及蛋白质等天然高分子材料。在反应

过程中，将这些天然聚合物与可生物降解单体进行反应，经过控

制反应条件完成聚合反应，制备出可生物降解聚合物。其主要优

点是制备过程简单，成本低，但天然聚合物的稳定性较差，可生

物降解聚合物的性能也较为不稳定。

2.2化学合成法

化学合成法是目前可生物降解聚合物制备的主要方法。该方法

可通过改变反应配方和反应条件来控制可生物降解聚合物的性能。

化学合成法制备可生物降解聚合物的途径主要有以下几种：

（1）环氧化合物法

环氧化合物法是制备可降解聚酯的一种有效方法。制备过程中

首先通过环氧化合物开环反应获得预聚体，继而通过缩合反应完

成可降解聚合物的制备。

（2）酯交换法

酯交换法可以制备可降解的聚酯、聚碳酸酯和聚酰胺等。制备

过程首先将反应单体和催化剂进行混合，并通入惰性气体，使其

保持无水状态，进而进行反应，获得可生物降解聚合物。

（3）无卤催化法

无卤催化法是在室温下进行的一种制备可降解聚合物的方法。

该方法使用无卤化物催化剂，使不易降解的C–C键和C–O键在室

温下开化，并且产生的副反应较少，大大减少了废物的产生。该

方法制备的可生物降解聚合物性能稳定、成本低廉，是一种十分

有效的制备方法。

2.3生物合成法

生物合成法是利用微生物生长代谢的功能，将有机物转化为高

分子材料，达到制备可生物降解聚合物的目的。该方法不仅具有

环保性，而且可选择的原材料种类十分广泛，但生产周期较长，

且存在微生物对温度、压力等生长条件的敏感性，影响其大规模

生产的效率。

第三章可生物降解聚合物的性能

可生物降解聚合物的性能包括物理性质和化学性质两方面。

3.1物理性质

（1）力学性能：可生物降解聚合物的力学性能主要受到其结

构形态和材料纯度等因素的影响。由于可生物降解聚合物含有较

多的OH基团和醛基团等，材料的强度和高温稳定性相对较差，

而拉伸强度和断裂伸长率较好。

（2）热学性能：可生物降解聚合物的热稳定性较差，且材料

熔化温度较低。

（3）光学性能：部分可生物降解聚合物在紫外光下易分解，

表面材料的光泽度和透明度也较差。

3.2化学性质

可生物降解聚合物在自然环境下会降解为二氧化碳和水，不会

对环境造成危害，其主要化学变化包括氧化、酯交换、加成反应

等。由于可生物降解聚合物中含有大量的环氧基、羟基及醛基等，

因此这些官能团对其化学反应具有比较大的影响。

第四章可生物降解聚合物的应用

由于可生物降解聚合物有环保性、降解性及生物相容性等优良

特性，因此其在各个领域应用日渐广泛。下面主要介绍可生物降

解聚合物在食品包装、医药领域、农业、注塑成型等方面的应用。

4.1食品包装

可生物降解聚合物在食品包装领域的应用是十分广泛的。由于

其生物相容性和降解性，能够有效地减少对环境的影响。常用的

食品包装材料有淀粉基聚合物、聚乳酸以及聚羟基脂肪酸酯等。

4.2医药领域

可生物降解聚合物在医药领域的应用主要体现在医用敷料、手

术缝合材料、药物缓释领域等。临床实践证明，可生物降解聚合

物具有良好的生物相容性和组织相容性，不会引起体内感染或其

他不适反应。

4.3农业

可生物降解聚合物在农业领域中的应用主要是用于土壤改良剂、

农药控释剂以及肥料控释剂等领域。与传统农业用品相比，可生

物降解聚合物的使用能够有效地降低农药和肥料的流失，从而保

障生态环境的安全。

4.4注塑成型

可生物降解聚合物在注塑成型领域