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可生物降解蛋白質(zhì)塑料的改性研究進展
唐國先 2012/12/30 14:22:31
【摘要】 合成高分子材料具有質(zhì)輕、強度高、化學穩(wěn)定性好以及價格低廉等優(yōu)點[1]。然而，在合成高分子材料給人們生活帶來便利、改善生活品質(zhì)的同時，其使用后的大量廢棄物也與日俱增，成為白色污染源，嚴重危害環(huán)境，造成地下水及土壤污染，危害人類生存與健康，給人類賴以生存的環(huán)境造成了不可忽視的負面影響[2]。近年來農(nóng)業(yè)可再生材料受到人們的重視，蛋白質(zhì)是可生物降解的環(huán)境友好材料。本文闡述了可生物降解材料的定義、特點及降解機理，論述了蛋白質(zhì)塑料的研究概況，包括蛋白質(zhì)降解材料的分類、發(fā)展歷史和加工方法，綜述了大豆蛋白塑料的改性研究進展。
【關(guān)鍵詞】 可生物降解；蛋白質(zhì)塑料；改性
第一部分： 文獻綜述
1.可生物降解材料的定義、特點及降解機理
1.1可生物降解材料的定義
可生物降解高分子材料是相對不可降解的石油基高分子塑料而言的，一般來說，生物降解高分子指的是在生物化學作用過程中或生物環(huán)境中可以發(fā)生降解的高分子；根據(jù)美國材料與試驗協(xié)會（ASTM）比較科學的定義；生物降解材料是指在細菌、真菌、藻類等自然界存在的微生物作用下發(fā)生生化、物理作用而降解或分解的材料。理想的生物降解材料應(yīng)具有優(yōu)良的使用性能，廢棄后可被環(huán)境微生物完全分解并最終被無機化而成為自然界碳素循環(huán)的一個組成部分[3]。
1.2可生物降解材料的特點
可生物降解材料具有以下特點[4]：
（1） 可與垃圾一起處理，也可制成堆肥回歸自然；
（2） 因降解而使其體積減小，延長填埋場使用壽命；
（3） 不存在普通塑料需要焚燒的問題，可抑制二惡英等有害氣體的排放；
（4） 可減少隨意丟棄對野生動植物的危害；
（5） 儲存運輸方便，只需要保持干燥，不需避光；
（6） 應(yīng)用范圍廣，不但可以用于農(nóng)業(yè)和包裝行業(yè)，還可廣泛用于醫(yī)學領(lǐng)域。
1.3 可生物降解材料的降解機理
生物降解材料的分解主要是通過微生物的作用。因而,生物降解材料的降解機理即材料被細菌、霉菌等作用消化吸收的過程。
首先,微生物向體外分泌水解酶與材料表面結(jié)合,通過水解切斷表面的高分子鏈,生成小分子量的化合物,然后降解的生成物被微生物攝入體內(nèi),經(jīng)過種種代謝路線,合成微生物體物或轉(zhuǎn)化為微生物活動的能量,最終轉(zhuǎn)化成CO2 和H2O[5]。在生物可降解材料中,對降解起主要作用的是細菌、霉菌、真菌和放線菌等微生物,其降解作用的形式有3種[6]: 生物的物理作用,由于生物細胞的增長而使材料發(fā)生機械性毀壞；生物的生化作用,微生物對材料作用而產(chǎn)生新的物質(zhì)；酶的直接作用,微生物侵蝕材料制品部分成分進而導(dǎo)致材料分解或氧化崩潰。
2.蛋白質(zhì)塑料的研究概況
蛋白質(zhì)塑料是目前可生物降解材料領(lǐng)域研究和應(yīng)用最為廣泛的天然高分子塑料之一，將蛋白質(zhì)塑料視為可再生資源制備生物可降解、生物相容的環(huán)境友好型材料是一個新興的課題。目前，國內(nèi)外嘗試應(yīng)用于可生物降解材料方面研究的植物蛋白主要有大豆蛋白、玉米蛋白、小麥蛋白、葵瓜子蛋白等，其中大豆蛋白研究最多[7]，因為大豆蛋白來源豐富、價格低廉、應(yīng)用潛力大，可生物降解性能好。
2.1蛋白質(zhì)降解材料的分類
根據(jù)降解機理生物降解材料可分為[8]生物破壞性材料和完全生物降解材料。生物破壞性材料屬于不完全降解材料,是指天然高分子與通用型合成高分子材料共混或共聚制得的具有良好物理機械性能和加工性能的生物可降解材料,主要指摻混型降解材料；完全生物降解材料主要指本身可以被細菌、真菌、放線菌等微生物全部分解的生物降解材料,主要有化學合成型生物降解材料、天然高分子型和微生物合成型降解材料等。
2.1．1摻混型生物降解材料
摻混型生物降解材料是指將兩種或兩種以上高分子物（其中至少有一種組分具有生物可降性)共混復(fù)合制得的生物降解高分子材料。選用的生物降解組分大多采用淀粉、纖維素、木粉等天然高分子,其中又以淀粉居多。目前已工業(yè)化的產(chǎn)品為美國Warn-er Lambert公司的“Novon”。“Novon”是以變性淀粉為主, 且配有少量其他生物降解性添加劑的高淀粉含量(含量大于90%)的天然聚合物材料, 可完全生物降解, 且分解速率在一年之內(nèi)可控。另外,“Novon”可采用擠出、注塑、層壓、吹塑等成型加工方法, 產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于垃圾袋、購物袋、一次性食品容器、醫(yī)療器材、緩沖發(fā)泡制品等[9]。
2.1.2 化學合成型生物降解材料
化學合成型生物降解材料是指利用化學方法合成制造的生物降解材料。此類高分子材料大多是在分子結(jié)構(gòu)中引入具有酯基結(jié)構(gòu)的脂肪族(共)聚酯, （未完，下一頁）
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