1.3.2 生物可降解高分子材料的降解机理

生物降解高分子材料的降解过程主要是通过溶剂化作用，简单水解[1]，或微生物分解，即被细菌，藻类，真菌等消化吸收。可分为水合作用，质量损失，整体化丧失和质量损失四个阶段。微生物粘附在可降解材料表面并分泌水解酶，水解酶与材料相结合切断高分子链，使得高分子材料表面经过强度降低、质量损失等过程，转化成小分子链的化合物，微生物再将分子质量足够低的小分子化合物摄入体内，以糖类的形式储存下来，最后转化成为二氧化碳和水等物质，这是一个复杂的物理化学过程。

影响生物降解高分子材料的降解速度有多种有素，如所处的环境，微生物的种类，材料的结构及其规整度，高分子材料的分子量，加工助剂的种类及其用量等。降解作用形式大致分为物理作用，化学作用，酶的直接作用三类。物理作用即微生物粘附在高分子材料表面，使材料发生机械损坏，受到温度、光辐射等影响。化学作用是外界环境中的湿度，酸碱度等化学条件诱使分子键断链，发生化学变化并产生新的官能团从而影响降解速度。酶的直接作用指的是微生物分泌酶中含有氨基，羟基，羧基等基团，与分子发生吸附作用，从而降低氧分子与材料的反应活化能，加快降解速度。

1.3.3 生物可降解高分子材料的分类

生物降解高分子材料能在自然环境中经过一系列反应最终变成二氧化碳和水，重新进入到土壤或者空气中，能在自然界中循环利用，从而不造成污染。而根据来源可分为天然可降解以及合成可降解两种高分子材料。

天然生物可降解高分子材料包含纤维素、木质素、甲壳质、淀粉、蛋白质等材料，它们在自然界含量丰富，从产出到分解的过程无毒无污染，但大多数天然可降解材料由于不具备热塑性，耐水性差，加工成型难度高而不单独使用，一般与化学试剂反应合成新的可降解高分子材料，或者对其改性从而提高其加工性能[2]。

天然纤维素在自然界中含量丰富，由于含有大量的羟基，容易形成分子内氢键，因此强度比较高，所以难以直接使用。其中再生纤维素和化学改性纤维素由纤维素经过改性后得到广泛使用，前者已经被一些国家用来用来制造薄膜等产品。

木质素在植物中的含量也比较丰富，仅次于纤维素，由于木质素结构比较复杂，难以直接利用。可以通过接枝共聚的方法改性木质素，从而提高它的加工性能。木质素来自于造纸黑液，如果能利用木质素可降解、无毒等特点合成新的可降解材料，就能解决造纸工厂因为排放黑液而造成的河流污染问题。来,自|优;尔`论^文/网www.youerw.com

目前淀粉的应用最为广泛，这是主要是因为它得价格比较低廉，获取比较容易而且还易降解等特点。甲壳素主要来源于虾壳、蟹壳等海洋生物，产量丰富，但由于氢键的存在使得甲壳素难以被利用，应用范围并不广泛。甲壳素在经过一系列处理后可以制得壳聚糖，有些国家利用壳聚糖制造了手术缝合线、药物载体材料和分离膜材料等，还有工业排出液中的重金属离子也能用这种材料吸附出来从而回收再利用。蛋白质这种生物大分子主要包括大豆蛋白、玉米蛋白等，其中大豆蛋白价格低廉，来源也比较广泛，它的发展前景普遍被人们所看好。可以通过物理、化学以及生物工程等对大豆蛋白进行改性从而提高它的使用性能与范围。

合成生物可降解高分子材料包括微生物合成和化学合成两种。微生物合成高分子材料主要是指淀粉或葡萄糖由微生物直接发酵合成出微生物多糖和微生物聚酯两类高分子[3]。化学合成高分子材料是通过化学合成的方法引入不同特性的分子链段来优化材料的物理和化学性能。目前开发的主要有脂肪族聚酯、聚丁二醇丁二酸酯、聚乙烯醇和聚乳酸等[4]，其中聚乳酸是研究最热的可降解高分子材料之一。