可降解生物基材料的另一面：医用潜力大，亟待挖掘

早在一年前，Sanner就推出了第一款用于泡腾片包装的由可再生原料制成的生物基包装。可持续的Sanner BioBase®包装可再生原料比例超过90%，这些原料都是由玉米、甘蔗或者纤维素制成。其主要优势在于，既可以摆脱对化石能源的依赖，同时减少CO2足迹。

从化学角度来看，Sanner BioBase®几乎可以达到化石原料生产的PE或者PP相同水平。此外，新包装较低的水汽渗透率可提高约40%的货架寿命，从而有助于减少使用传统包装中生命周期结束后必须扔掉的食物保鲜剂。不仅如此，市场经验证实，Sanner BioBase®完美适用于现有包装加工生产线的生产。

这当然是一个很有代表的应用案例，但这也不禁让我们好奇，可降解生物基高分子材料除了应用于包装，还有哪些领域的应用？

可降解生物基高分子材料概况
生物基高分子材料是指由天然体（包含动物、植物和微生物等）或者其它资源（如二氧化碳等）共混、改性、合成的高分子材料，主要由碳、氢和氧组成。生物基高分子材料的特点有：来源广泛，储量丰富，材料可降解、再生或者回收，但是一般成型加工困难。这就需要对其加以改性以达到所希望的性能。

◆ 可降解生物基高分子材料组成
目前可降解生物基高分子材料组成有生物基平台化合物、生物基塑料、生物质功能高分子材料、功能糖产品、木塑复合材料等，它具有传统高分子材料不具备的绿色、环境友好、原料可再生以及可生物降解的等特性。其制品既包括日常生活中经常能见到的生活用品，如包装材料、一次性日用品等，也包括技术含量高、附加值高的药物控制释放材料和骨固定材料，以及人体组织修复材料等生物医用材料等。它主要成分有以下三大类：
1）    生物基热塑性高分子材料：如PLA、热塑性淀粉、纤维及复合材料等；
2）    生物基热固性高分子材料：如环氧树脂、不饱和树脂、粘合剂等；
3）    生物基高分子助剂：如阻燃剂、增塑剂、成核剂、改性剂等。

◆ 可降解生物基高分子材料开发目的和意义
我国是全球塑料消费大国，塑料消费量占全球的比重达15%，根据Grand View Research公布的数据显示，2019年我国塑料包装市场规模541亿美元，预计到2025年我国塑料包装市场规模将达到698亿美元，按照可降解塑料替换率为30%计算，预计2025年我国可降解塑料市场规模约为209亿美元，总体来看，我国可降解塑料市场前景广阔。

未来几年，全世界，尤其是新兴市场的塑料产量和消耗量还将继续飞速攀升。不过，目前近99%的高分子材料来源于石化资源，而石化资源正面临日益枯竭的危机，且环保问题日趋严重。在这样的背景下，研究开发可降解的生物基高分子材料替代石油基高分子材料具有迫切的现实意义。

可降解生物基高分子材料的主要类型品种及应用价值
可降解生物基高分子材料的应用领域相当广泛，其应用价值在于：1）医用生物基降解高分子材料：它除了具有医疗功能，还要求无毒、安全，具有优良的生物兼容性；2）包装用生物基降解高分子材料；3）农用生物基降解高分子材料：主要应用在农业生产上覆膜；4）其它生物基降解高分子材料：例如一次性用杯、碗、筷，等等。

◆ 可降解天然生物基高分子材料
可降解天然生物基高分子材料已经工业化生产的有塑木复合材料、淀粉基塑料、纤维素及其衍生物类塑料、蛋白质塑料、木质素塑料、甲壳素及衍生物壳聚糖塑料，等等。

天然生物基高分子材料具体实例——硝酸纤维素塑料：爱好体育的人都知道台球。过去台球大多是有钱阶层的娱乐活动，19世纪在美国已非常盛行。当时台球用象牙做显得高雅，由于此时非洲大象不断减少，美国没有那么多象牙来制作台球，愁坏了台球制造厂老板。于是老板宣布：谁能发明一种代替象牙的台球材料，将获得1万美元奖金。这在当时是一笔不小数目的金额。俗话说“重赏之下，必有勇夫”，虽不完全符合事实，但确有点儿刺激性。1868年美国阿尔邦尼有位叫约翰·海阿特的印刷工人决定发明出一种代替象牙制作台球的材料，他夜以继日地冥思苦想，试验却一次次地失败了，但海阿特并不灰心，仍一如既往地进行探索。终于在1869年发现，当硝化纤维加进樟脑时，硝化纤维竟变成了一种柔韧性相当好，且又硬又脆的材料，热压下可以加工成各种形状的制品。他成功了！

这种硝化纤维塑料被命名为赛璐珞。1872年美国纽瓦克建立了生产赛璐珞工厂，除用来生产台球外，还用来做马车和汽车风挡及电影胶片。从此开创了塑料工业先河。1877年英国也开始用赛璐珞生产假象牙和台球等塑料制品来海阿特又用赛璐珞制造箱子、钮扣、直尺、乒乓球和眼镜架。1921年上海胜德赛珍厂（现胜德塑料厂）开始生产赛璐珞制品，以后又陆续建立了健华、永和、国光和中兴等工厂，并进行生产。

◆ 合成生物基降解高分子材料
可降解合成生物基高分子材料已经工业化生产的有聚乙醇酸（PGA）、左旋聚乳酸（PLLA）、外消旋聚乳酸（PDLLA）、右旋聚乳酸（PDLA）、聚乙丙交酯（PLGA）、聚己内酯（PCL）、聚对二氧环己酮（PPDO）、聚三亚甲基碳酸酯（PTMC）、聚丁二酸丁二醇酯（PBS）及其共聚物、聚羟基烷酸酯(PHA)、脂肪族芳香族共聚酯（PBAT）、聚乙烯醇（PVA）类生物降解塑料、二氧化碳共聚物、聚-β-羟基丁酸酯(PHB)、生物尼龙、生物聚烯烃塑料、聚对苯二甲酸丙二醇酯生物塑料（PTT），等等。

合成生物基降解高分子材料具体实例——聚乳酸 ：聚乳酸也称为聚丙交酯，属于聚酯家族。聚乳酸是以乳酸为主要原料聚合得到的聚合物，原料来源充分而且可以再生。聚乳酸的生产过程无污染，而且产品可以生物降解，实现在自然界中的循环，因此是理想的绿色高分子材料。聚乳酸（H-[OCHCH3CO]n-OH）的热稳定性好，加工温度170～230℃，有好的抗溶剂性，可用多种方式进行加工，如挤压、纺丝、双轴拉伸、注射吹塑等。

由聚乳酸制成的产品除能生物降解外，生物相容性、光泽度、透明性、手感和耐热性好，有的聚乳酸（PLA）还具有一定的抗菌性、阻燃性和抗紫外性，因此用途十分广泛，可用作包装材料，纤维和非织造物等，主要用于一性用品领域、服装产业（建筑、农业、林业、造纸）、汽车领域、电子行业、医疗卫生等领域。

聚乳酸有很多的应用，可以在挤出、注塑、拉膜、纺丝等多领域应用，其应用优点主要有以下几方面：
1）聚乳酸（PLA）是一种新型的生物降解材料，使用可再生的植物资源（如玉米）所提出的淀粉原料制成。淀粉原料经由糖化得到葡萄糖，再由葡萄糖及一定的菌种发酵制成高纯度的乳酸，再通过化学合成方法合成一定分子量的聚乳酸。其具有良好的生物可降解性，使用后能被自然界中微生物完全降解，最终生成二氧化碳和水，不污染环境，这对保护环境非常有利，是公认的环境友好材料。

2）机械性能及物理性能良好。聚乳酸适用于吹塑、热塑等各种加工方法，加工方便，应用十分广泛。可用于加工从工业到民用的各种塑料制品、包装食品、快餐饭盒、无纺布、工业及民用布。进而加工成农用织物、保健织物、抹布、卫生用品、室外防紫外线织物、帐篷布、地垫面等等，市场前景十分看好。

3）相容性与可降解性良好。聚乳酸在医药领域应用也非常广泛，如可生产一次性输液用具、免拆型手术缝合线等，低分子聚乳酸还可用作药物缓释包装剂等。

4)聚乳酸（PLA）除了有生物可降解塑料的基本特性外，还具备有自己独特的特性。聚乳酸（PLA）和石化合成塑料的基本物性类似，也就是说，它可以广泛地用来制造各种应用产品。聚乳酸也拥有良好的光泽性和透明度，与利用聚苯乙烯所制得的薄膜相当，是其它生物可降解产品无法提供的。

5)聚乳酸（PLA）具有最良好的抗拉强度及延展度，聚乳酸也适用于各种普通加工方式，例如熔化挤出成型、射出成型、吹膜成型、发泡成型及真空成型，与广泛使用的聚合物有类似的成形条件，此外它也具有与传统薄膜相同的印刷性能。

6)聚乳酸（PLA）薄膜具有良好的透气性、透氧性及透二氧二碳性，它也具有隔离气味的特性。病毒及霉菌易依附在生物可降解塑料的表面，易有安全及卫生的疑虑。然而，聚乳酸是唯一具有优良抑菌及抗霉特性的生物可降解塑料。

7)当焚化聚乳酸（PLA）时，其燃烧热值与焚化纸类相同，是焚化传统塑料（如聚乙烯）的一半，而且焚化聚乳酸不会释放出氮化物、硫化物等有毒气体。人体也含有以单体形态存在的乳酸，意味着这种分解性产品具有安全性。

来源：荣格-《国际塑料商情》


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