徐玉珍

（衡水市科技型中小企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新資金管理中心，河北衡水 053000)

目前，生物基高分子材料的生產(chǎn)對(duì)象包括塑料、橡膠、涂料、黏合劑等方面，雖然在性能、價(jià)格方面都完全可以媲美傳統(tǒng)的石化高分子材料，但在市場(chǎng)上生物基高分子材料的占有率遠(yuǎn)低于石化高分子材料。希望通過(guò)本文的分析和論述，為生物基高分子材料的研究和應(yīng)用提供一些助力，推動(dòng)更多的生物基高分子材料進(jìn)入市場(chǎng)產(chǎn)生相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

1 生物基產(chǎn)品

生物基產(chǎn)品是指利用農(nóng)林業(yè)廢棄物生產(chǎn)得到的環(huán)境友好類(lèi)化工產(chǎn)品或能源，作為產(chǎn)品基礎(chǔ)的原材料均為非糧食類(lèi)的秸稈、林業(yè)廢棄物、動(dòng)物糞便等，大幅度實(shí)現(xiàn)了對(duì)資源的再利用，是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要研究產(chǎn)品。生物基產(chǎn)品的研究是目前國(guó)內(nèi)外科技領(lǐng)域的前沿課題，受到眾多專(zhuān)家學(xué)者的重視，其中微生物工程、基因工程、高分子材料工程是與之密切相連的三個(gè)發(fā)展方向。我國(guó)在有關(guān)生物基利用方面有一定的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，有望率先在生物基塑料等研究方面取得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

2 生物基高分子材料

生物基高分子材料是指原材料為生物基的高分子材料，這樣的材料本身具備在微生物的幫助下進(jìn)行降解的功效，這也是生物基高分子材料較石化類(lèi)高分子材料更環(huán)保、綠色的關(guān)鍵。參與自然界降解的微生物基本是細(xì)菌、真菌等生物，它們分泌的生物酶能夠?qū)⒏叻肿硬牧现械拇蠓肿臃纸廪D(zhuǎn)化為小分子，從而大幅度縮減高分子材料降解所需的時(shí)間。也正是因?yàn)檫@種性質(zhì)，使得生物基高分子材料對(duì)環(huán)境的友好程度遠(yuǎn)超石化類(lèi)高分子材料，也使得生物基高分子材料更適合應(yīng)用在人體內(nèi)，被逐漸應(yīng)用在醫(yī)療領(lǐng)域之中，成為醫(yī)療藥劑、工具的重要組成材料。生物基高分子材料可根據(jù)生成方式劃分為三種類(lèi)型：微生物法合成的高分子材料、化學(xué)法合成的高分子材料、天然形成的高分子材料。其中天然形成的高分子材料多指纖維素等，這類(lèi)高分子材料廣泛分布于自然界中，與人體、自然界的關(guān)系密切，但在熱塑性、拒水性等方面存在劣勢(shì)。化學(xué)法合成的高分子材料多指以聚乙烯醇為基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)的材料，具有優(yōu)秀的耐熱性、水溶性。微生物法合成的高分子材料多表現(xiàn)出優(yōu)秀的耐熱性、氣體隔離性，通過(guò)化學(xué)手段改性后還能夠具有更加優(yōu)秀的性能。

生物基高分子材料目前的應(yīng)用方向主要是環(huán)保、醫(yī)療、包裝材料等。但其實(shí)當(dāng)生物基高分子材料在醫(yī)療、包裝材料等更多領(lǐng)域中代替了石化類(lèi)高分子材料后，石化類(lèi)高分子材料造成的環(huán)保問(wèn)題自然會(huì)得到很好的緩解，所以，環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用不是主要著力點(diǎn)，而是最終的研究和發(fā)展目標(biāo)。在醫(yī)療領(lǐng)域中，國(guó)內(nèi)外研究人員的重點(diǎn)放在可被人體自然分解代謝的方向，研究成果包括生物基高分子材料制作的手術(shù)縫合線、內(nèi)固定器材等，這些以生物基高分子材料為主要組成的醫(yī)療器具能夠在人體內(nèi)停留一段時(shí)間后被人體自然分解代謝，省去了患者拆線、拆除內(nèi)固定器材的痛苦，也大幅降低了患者因?yàn)獒t(yī)療器材拆除不及時(shí)而出現(xiàn)傷口感染現(xiàn)象的可能性。除此外，將生物基高分子材料應(yīng)用在醫(yī)療藥物中也是科研領(lǐng)域的重點(diǎn)，但技術(shù)尚不成熟，還需要更多的完善。而在包裝材料領(lǐng)域中，生物基高分子材料中的聚乳酸是主要應(yīng)用對(duì)象，聚乳酸具有較強(qiáng)的隔水性能、耐熱性，對(duì)人體無(wú)害，不會(huì)分解出有毒有害物質(zhì)污染包裝內(nèi)的物品，且作為垃圾被丟棄后能夠在較短時(shí)間內(nèi)被自然降解，而不會(huì)像傳統(tǒng)的合成樹(shù)脂包裝材料那樣成為固體廢棄物污染源之一。

3 生物基高分子材料的研究進(jìn)展

3.1 聚乳酸改性研究

聚乳酸是一種典型的生物基高分子材料，具有優(yōu)秀的拉伸性能、防水性、防油性、氣密性、耐熱性，對(duì)人體和自然環(huán)境的友好程度都很高，但常規(guī)狀態(tài)下的聚乳酸是一種硬而脆的塑料，熱塑加工狀態(tài)下又容易分解，合成聚乳酸的成本比較高，這三點(diǎn)嚴(yán)重影響了聚乳酸在包裝材料等領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用。所以，研究人員嘗試用多種方法對(duì)聚乳酸進(jìn)行改性，改變聚乳酸在常溫狀態(tài)下的力學(xué)性能，改變其在熱塑加工狀態(tài)下易分解的性能，降低其工業(yè)合成成本。首先，添加沸點(diǎn)較高、難發(fā)揮的增塑劑是聚乳酸改性的方法之一，檸檬酸酯類(lèi)就是常用的增塑劑，這種增塑劑安全無(wú)毒、不易揮發(fā)、相容性好，能夠與較多的高分子材料相適應(yīng)，且其本身能夠在常溫狀態(tài)下保持較好的穩(wěn)定性、撓曲性，是一種綠色環(huán)保的產(chǎn)品。用檸檬酸酯類(lèi)增塑劑來(lái)改性聚乳酸能夠有效提升聚乳酸的柔韌性，使聚乳酸在常溫狀態(tài)下表現(xiàn)出更優(yōu)秀的力學(xué)性能，不會(huì)因外力沖擊而輕易碎掉。其次，通過(guò)接枝、嵌段的方式能夠有效完成對(duì)聚乳酸的改性，乙二醇聚氧乙烯醚是實(shí)驗(yàn)室中發(fā)現(xiàn)的比較好的嵌段共聚改性材料，具備優(yōu)秀的生物相容性和降解速度，對(duì)人體和自然界比較友好，與聚乳酸進(jìn)行共聚改性后，能夠有效提高聚乳酸材料在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用效果。

3.2 大豆基木材膠黏劑

在裝飾裝修行業(yè)中，木材膠黏劑是使用率較高的材料。傳統(tǒng)的木材膠黏劑價(jià)格低廉、膠黏效果優(yōu)秀，但在制備過(guò)程使用了大量的甲醛類(lèi)物質(zhì)，應(yīng)用在室內(nèi)裝飾裝修時(shí)會(huì)不斷揮發(fā)出甲醛，對(duì)人體健康造成嚴(yán)重威脅。為了代替?zhèn)鹘y(tǒng)木材膠黏劑，研究人員應(yīng)用油脂加工剩余物質(zhì)脫脂豆粉作為原材料，制備大豆基膠黏劑，這種膠黏劑制備過(guò)程中不應(yīng)用甲醛，安全性、環(huán)保性都遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的木材膠黏劑。目前大豆基木材膠黏劑需要研究人員利用水性聚氨酯等材料進(jìn)行共混改性處理，若能大幅度改進(jìn)大豆基木材膠黏劑的性能，降低大豆基膠黏劑的工業(yè)生產(chǎn)成本，就能取代傳統(tǒng)膠黏劑。

3.3 生物基聚氨酯的研究

聚氨酯是一種抗撓曲性、抗撕裂、耐磨的高分子材料，且是一種能夠在塑料、橡膠、涂料、膠黏劑等多個(gè)領(lǐng)域中均能夠發(fā)揮出作用效果的優(yōu)秀高分子材料，是現(xiàn)代生產(chǎn)生活中不可缺失的材料之一。傳統(tǒng)的聚氨酯通過(guò)石油或煤制備，得到的聚氨酯雖然成本低、性能優(yōu)秀但難降解，且隨著世界范圍內(nèi)的石化類(lèi)能源儲(chǔ)量下降，改變聚氨酯的提取制備源頭成為科研領(lǐng)域的重要課題。生物基聚氨酯就是在這樣的情況下進(jìn)入人們視野的，聚氨酯的制備原料是多元醇和聚氰酸脂，這兩種材料都可以通過(guò)生物基進(jìn)行合成，它們?cè)谥参镉汀⒀麣ひ褐械暮铣尚瘦^高，合成得到的聚氨酯也具備相應(yīng)的生態(tài)環(huán)境友好性能，且能夠大幅度減少對(duì)石化類(lèi)能源的依賴(lài)。能夠制備多元醇的生物基有很多，大豆油、桐油、小桐子油中都能夠制取多元醇，這些多元醇經(jīng)過(guò)二聚化等改性處理，合成得到的聚氨酯性能不弱于傳統(tǒng)石化類(lèi)材料合成的聚氨酯。腰果殼液是腰果加工產(chǎn)業(yè)的廢棄物，本身帶有一定的黏性，經(jīng)過(guò)脫羧、精餾后轉(zhuǎn)化為腰果酚，這種物質(zhì)是合成酚醛的可用原材料，生產(chǎn)得到的涂料、膠黏劑都是環(huán)保程度較高的材料。目前，研究人員正在研究應(yīng)用腰果殼液制取多元醇，相信應(yīng)用這種材料得到的生物基聚氨酯能夠在涂料、膠黏劑領(lǐng)域中代替石化類(lèi)聚氨酯的地位。

4 結(jié)束語(yǔ)

生物基高分子材料是一個(gè)邊界廣闊、種類(lèi)復(fù)雜、工藝研究難度大的領(lǐng)域，但也是一個(gè)發(fā)展前景光明的領(lǐng)域，尤其在石化類(lèi)能源儲(chǔ)量不斷下降的當(dāng)下，更是代替石化類(lèi)高分子材料的主要研究方向。生物基高分子材料普遍具有的生物、生態(tài)友好性能避免了人類(lèi)制造出給更多難降解垃圾、污染環(huán)境的可能性，符合可持續(xù)發(fā)展的時(shí)代需求。生物基高分子材料的研究正在穩(wěn)步推進(jìn)中，這些材料正式進(jìn)入人們的生活也許就在不久之后。