探究化学合成生物降解高分子材料的现状

探究化学合成生物降解高分子材料的现状

张炜

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摘要：化学高分子材料回收技术是废旧高分子材料回收利用的重要技术。在大量高分子材料用于工业、建筑、交通、电子等领域的过程中，废弃高分子材料的处理已成为一个严重的环境问题。为了减少塑料垃圾污染物对环境的影响，本文对聚合物物质的合成和生物降解进行了研究，这具有一定的意义。

关键词：化学高分子材料；生物降解；污染

引言

随着现代科学技术的进步，高分子材料在日常生活中的应用变得越来越普遍。这些材料的独特性质使其在许多方面成为不可或缺的一部分。当我们去超市时，很容易看到各种各样的塑料包装，如食品包装、饮料瓶、洗发水和洗涤剂瓶等，这些都是由高分子材料如聚乙烯、聚丙烯和聚酯等制成的，这些材料不仅廉价、重量轻、可塑性好，而且能有效地隔绝氧气和水蒸气，从而保持食品的新鲜度。在日常生活中，人们穿的许多衣物都是由合成高分子纤维制成的，例如聚酯、尼龙和丙纶，它们具有良好的耐用性、抗皱性和易于护理的特点。很多家用电器的外壳、按键和其他部件都是由高分子材料制成的，例如电视、冰箱、微波炉和风扇。此外，许多现代家具如椅子、桌子和柜子也使用高分子材料，因为这些材料具有出色的抗冲击性、耐磨性和耐腐蚀性。在现代汽车中，许多部件如仪表盘、车身面板、座椅和轮胎都采用高分子材料，它们不仅可以减轻汽车的质量、提高燃油效率，还可以提供出色的安全性和舒适性。在医疗领域，高分子材料在制造各种医疗设备、药物输送系统和人工器官中都发挥了关键作用。例如，聚乙烯和聚氨酯被广泛用于制造心脏起搏器的导线和人工关节。高分子材料也被广泛应用于体育器材和玩具制造中，例如，聚碳酸酯和ABS树脂在制造护目镜、头盔和滑板等器材时都有所使用。在建筑领域，高分子材料用于制造管道、电线和电缆的绝缘、屋顶材料以及窗框。此外，高分子地板材料如PVC和聚丙烯由于其耐磨性、防水性和美观被广泛应用。总之，高分子材料在日常生活中的应用已经无处不在，它们不仅为我们提供了方便和舒适，而且在很多领域都为现代社会的持续发展做出了重要贡献，随着科技的进步，高分子材料的应用还将继续扩大，进一步丰富我们的日常生活。

1降解性材料的类别以及特征

生物降解塑料是一种高科技生物产品，同时具有环保特点。按照合成方案的不同，生物降解塑料可分为三大种类。第一大种类，天然高分子。第二大种类，生物合成。第三大种类，人工合成。其中天然高分子材料的物理特性，极容易被微生物所分解，其生物相容性能比较高，因此所降解的产物可以很好地进行吸收。但是它的缺点是力学和加工性能不是特别好，降解的时间不能够进行精准控制和计算，并且合成塑料的质量稳定性比较差。微生物合成的特点是其中含有的聚酯有很高的溶解性，其缺点是物理性能比较差。人工合成的优点是可以运用化学的方式对合成的种类进行分子设计，并且可以在分子链中引用不同种类和数量的基团，形成的聚合物包含能做应用的物理化学性质，从而实现可人为掌控降解速度，以此来满足人类的生产生活需要。所以，现阶段国内外研究通过化学合成生物降解材料方法有很多种。   

现阶段，生物降解性聚合物研究主要应用类型是聚酯类型聚合物，此类聚合物的主链各结构单元遇水分解成酯键并且进行相互连接，主链的特点十分柔顺，因此其特性是极易被自然界中存在的微生物或者动物体内的消化酶所分解、代谢，最后成为人类赖以生存的水资源和二氧化碳。现如今，用于工业的聚酯类型聚合物，有聚乳酸、聚己内酯、聚乙醇酸等。其中聚酯的化学合成方法运用的是缩聚合法和开环聚合法。缩聚合法使用的原理是，将本身具有的官能团通过进行脱水酯发生反应后形成聚酯的过程。这种化学方法得到的聚酯，所包含的特性是分子量比较低。开环聚合使用方案是通过交酯或者是环内酯类单个体，从中运用开环聚合的化学反应，从而得到聚酯，其特点是聚酯分子量特别多可高达几十万。其缺点是不容易被溶解，且熔点较低，力学性能极差等，所以运用化学变化进行脂肪类聚酯研究的性能比较活泼些。   

在化学合成生物降解聚酯中，其中脂肪族聚酯聚丁二酸丁二醇酯的优点是熔点较高具有良好的物理性，可以很好地适用于多种化学变化，通过运用二醇可以改变物理性能。

2分子链中存在的官能团聚合物

2.1脂肪族聚酞胺酯

脂肪族聚酸胺酯分子材料的特点。其是一种新型高分子材料，可生物降解较高，其分子链中含有酯键成分给予聚合物良好的降解性能。另一方面酸胺键分子存在很大程度上改善了聚酯的力学性能，并且增加了聚酯的可塑性。根据大量调查结果显示，聚酰胺酯中含有大量的酸胺一酸胺进行相互组合的氢键，而聚合物的降解分式上主要依靠的是酯键，因此聚合物中酯键段越多，那么分解的速度就会相应加快。所研制出的生物降解酰胺聚酯聚合物力学性能比较好，再加上可塑性较强，所以广泛应用于生物医学材料和环境友好材料等领域。

2.2聚醚酯

聚酯主链改善方法，可以运用聚醚酯特有的亲水性醚键以及具有疏水性能的聚酯两者之间发生化学反应。其方法是运用聚乙二醇放置到聚酯的主链上，依靠大分子进行化学反应而得来的。通过研究得知，把PEG作为大分子单位和丁二酸、丁二醇共聚，所得到的嵌段共聚物的分子量大约在s万左右，分子数量不是很高，但是PEG的屈服强度明显下降，其断裂伸长率增加明显。从综合因素进行考量，PEG因价格优惠等优点，现阶段被广泛运用。聚醚酯作为一种生物性材料，没有一份研究报告中提及关于PEG生物学相容性以及无毒性方面的研究，此类问题是以后研究人员所要重点考虑的问题。

2.3聚氨酯材料

聚氨酯运用化学变化方式，把具有刚性性能的氨基甲酸酯融入聚酯锻炼当中进行发生化学反应，从而得到名为聚氨酯的聚酯软段，通过调节材料配比得到的软段可以有效控制聚氨酯的降解速度，其应用涉及面比较广泛，大多数应用于医学材料当中。

3再生利用与资源化的必要性和趋势

再生利用与资源化对于化学塑料高分子材料是至关重要的议题，其背后涉及环境、经济和社会的多重因素。随着全球塑料生产量的持续增长，废弃的塑料制品已经成为一个严重的环境问题。这些废弃的塑料长时间分解不完全，容易导致土壤和水源污染，对生态系统造成破坏。因此，为了保护环境和生态，再生利用和资源化是必要的。这不仅可以有效减少废弃塑料对环境的负面影响，还可以为塑料产业提供原材料，减少对新原料的依赖，进而降低生产成本。从经济角度看，再生塑料可以降低原材料成本，提高塑料产业的竞争力。随着科技的进步，再生塑料的质量和性能都得到了很大的提升，其应用领域也在不断扩大。从资源角度看，再生利用和资源化可以减少对石油等非可再生资源的依赖，有助于实现资源的可持续利用。而从社会角度看，随着公众对环境保护意识的增强，企业在产品设计和生产过程中越来越重视环境和社会责任，再生利用和资源化成为企业社会责任的重要组成部分。未来的趋势表明，再生利用和资源化将更加深入人心，并在政策、技术和市场得到更大的支持。总的来说，再生利用和资源化对于化学塑料高分子材料是必要的，既有助于保护环境，又可以为塑料产业带来经济和社会效益。

4结语

降解高分子材料是减少污染的有效途径，世界各国正在努力研究和开发，并且进行推广和应用，其市场前景十分广阔。假如研制成功，都会对人们的生活以及环境带来极大的好处。但是降解高分子结构也存在一些问题，比如价格相对较高，是普通塑料产品的5到10倍。而降解性问题还需要进一步研究，因此，今后降解高分子材料要向化学合成方面靠拢。

参考文献

[1]倪水标，宋锦柱，向斌，等.食品包装用可生物降解高分子材料的应用进展[J].中国包装，2018,38(10):54-57.

[2]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.