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生物可降解高分子材料的研究与进展

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生物可降解高分子材料的研究与进展

摘要：生物可降解高分子材料作为替代传统塑料的一种新型材料，在环境保护和可持续发展领域具有广泛的应用前景。本文综述了生物可降解高分子材料的研究进展，包括其合成方法、结构特性、降解机理以及应用领域。首先介绍了生物可降解高分子材料的定义和分类，然后详细阐述了不同类型生物可降解高分子材料的合成方法，包括天然高分子材料改性、共聚合成以及生物基合成等。接着，分析了生物可降解高分子材料的结构特性及其对降解性能的影响，最后讨论了生物可降解高分子材料在包装、农业、医疗器械等领域的应用及其面临的挑战。通过对生物可降解高分子材料的研究现状和未来发展趋势的总结，为相关领域的研究提供参考。

随着全球环境污染问题的日益严重，传统塑料对生态环境的破坏引起了广泛关注。生物可降解高分子材料作为一种新型环保材料，具有广阔的应用前景。近年来，国内外学者对生物可降解高分子材料的研究取得了显著进展。本文旨在综述生物可降解高分子材料的研究进展，分析其合成方法、结构特性、降解机理以及应用领域，以期为我国生物可降解高分子材料的研究和应用提供参考。

一、1.生物可降解高分子材料的概述

1.1生物可降解高分子材料的定义与分类

(1)生物可降解高分子材料，顾名思义，是指能够在自然环境中通过微生物的作用或者自然降解过程分解成无害物质的高分子材料。这类材料通常由天然高分子或合成高分子经过特定化学处理得到，具有生物相容性、生物降解性和环境友好性等特点。根据来源和组成，生物可降解高分子材料可分为天然高分子材料、合成高分子材料和生物基高分子材料三大类。其中，天然高分子材料如聚乳酸（PLA）、聚羟基脂肪酸酯（PHAs）等，主要来源于可再生植物资源；合成高分子材料如聚己内酯（PCL）、聚己二酸丁二醇酯（PBAT）等，通过化学合成得到；生物基高分子材料则是指以可再生生物质为原料合成的高分子材料，如聚乳酸-羟基乙酸（PLGA）等。

(2)在生物可降解高分子材料中，聚乳酸（PLA）是最为常见和应用广泛的一种。PLA是一种由可再生植物资源（如玉米、甘蔗等）通过发酵和聚合过程得到的生物可降解塑料。由于其良好的生物相容性和生物降解性，PLA被广泛应用于医疗器械、包装材料、农业薄膜等领域。据统计，全球PLA产量在2018年已达到约50万吨，预计未来几年将保持高速增长。此外，聚羟基脂肪酸酯（PHAs）也是一种具有潜力的生物可降解高分子材料，其来源丰富、合成方法简单，且具有良好的生物降解性和生物相容性。

(3)生物可降解高分子材料的分类还包括聚己内酯（PCL）、聚己二酸丁二醇酯（PBAT）等合成高分子材料。PCL是一种具有良好生物相容性和生物降解性的高分子材料，可用于制作人造骨骼、药物载体等医疗器械。PBAT则具有优异的加工性能和力学性能，适用于生产包装材料、农业薄膜等。近年来，随着生物基高分子材料的研究和应用不断深入，以可再生生物质为原料的生物基高分子材料如PLGA、聚乳酸-羟基乙酸（PLGA）等也备受关注。这些材料在医疗器械、药物载体、生物可降解纤维等领域具有广泛的应用前景。

1.2生物可降解高分子材料的发展历程

(1)生物可降解高分子材料的发展历程可以追溯到20世纪50年代，当时的研究主要集中在寻找替代传统塑料的可降解材料。随着全球环境问题的日益突出，特别是在塑料垃圾对海洋生态系统造成严重破坏的情况下，生物可降解高分子材料的研究得到了重视。早期的研究主要集中在天然高分子材料的改性上，如通过化学交联、接枝等方法提高聚乳酸（PLA）的力学性能。这一阶段的代表性成果包括PLA在医疗领域的应用，如用作缝合线、药物载体等。

(2)进入20世纪80年代，随着生物技术的快速发展，生物可降解高分子材料的研究进入了一个新的阶段。科学家们开始探索利用微生物发酵技术生产聚羟基脂肪酸酯（PHAs），这是一种由微生物合成的水不溶性聚酯，具有优异的生物降解性和生物相容性。这一时期，PLA和PHAs的研究和应用得到了显著进展，特别是在包装材料领域的应用逐渐增多。例如，美国食品和药物管理局（FDA）于1990年批准PLA作为食品接触材料，标志着PLA在商业应用上的重要突破。

(3)21世纪初，随着全球对环保意识的提升和可持续发展的需求增加，生物可降解高分子材料的研究进入了快速发展阶段。合成高分子材料如聚己内酯（PCL）、聚己二酸丁二醇酯（PBAT）等开始受到关注，这些材料具有更优异的力学性能和更宽的应用范围。同时，生物基高分子材料的研究也取得了重大进展，如PLGA、聚乳酸-羟基乙酸