對聚乳酸的現(xiàn)狀與發(fā)展方向的探究

1、對聚乳酸的現(xiàn)狀與發(fā)展方向的探究1044213 唐浚博 1044207 韓智豪 0946321 樊羽1 引言人類在 21 世紀的最大課題之一是保護環(huán)境。自 20 世紀 60 年代以來人們開始研究和開發(fā)生物可降解聚合物及其制品， 以保 護 環(huán) 境 20 世 紀 90 年 代 末 剛 剛 實 現(xiàn) 工 業(yè) 化 的 聚 乳 酸 (Poly-lactic Acid , PLA)是其中最有發(fā)展前景的一種，它是一 種真正的新型綠色高分子材料， 也是目前綜合性能最出色的環(huán)保 材料。2 摘要本文對可降解塑料的現(xiàn)狀、 評價標準做了簡要介紹， 并對聚 乳酸材料的現(xiàn)狀、 發(fā)展歷程及未來發(fā)展方向進行探究， 意在通過 文獻

2、檢索， 證明聚乳酸材料是今后一段時期內(nèi)最有潛力的綠色材 料之一。其在塑料領(lǐng)域的發(fā)展前途無量。3 正文1 可降解塑料概述1.1 可降解塑料行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀隨著世界各國對環(huán)境保護的日益關(guān)注， 可降解塑料成為各國 研究的主要課題，生物降解塑料作為可降解塑料發(fā)展的主要方 向。歐、美、日等發(fā)達國家在生物降解塑料研究開發(fā)方面投入了 大量的資金，可降解塑料的品種也越來越豐富。目前，歐洲的超市中已開始大量推廣使用淀粉系列和聚乳酸 系列可生物降解的購物袋及食品包裝袋， 每年消費量可達 260 億 個，意大利利用玉米淀粉生產(chǎn)生物可降解塑料生產(chǎn)能力達 3.5 萬 噸/ 年；美國已有 50多家公司生產(chǎn)可降解塑料， 其產(chǎn)品

3、已廣泛應(yīng) 用于食品包裝領(lǐng)域；東歐生物降解包裝也保持著高增長率，在 2006年 821 t 的基礎(chǔ)上保持 24.6%的年均增長率；中國、日本、 泰國等亞洲國家也出現(xiàn)了許多公司生產(chǎn)可降解塑料包裝， 每年產(chǎn) 量也都在萬噸級別。 可見，發(fā)展可降解塑料產(chǎn)業(yè)的優(yōu)勢不僅僅體 現(xiàn)在對自然環(huán)境的保護方面， 在經(jīng)濟效益方面也有巨大的發(fā)展?jié)?力。1.2 生物降解塑料的定義 生物降解塑料是指在自然環(huán)境下通過微生物的生命活動能 很快降解的高分子材料或者以淀粉等天然物質(zhì)為基礎(chǔ)生產(chǎn)的塑 料，大到電視機的支架 電腦框體，小到小擺件、廚房垃圾袋等。 按其降解特性可分為完全生物降解塑料和生物破壞性塑料。 按其 來源則可分為天然高

4、分子材料、 微生物合成材料、 化學(xué)合成材料、 摻混型材料等。 與烴類聚合物不同。 生物聚合物可被微生物破解并用作堆肥。1.3 可降解塑料評價方法 近年來，國內(nèi)外都在努力尋找一個能被人類所接受的降解塑 料的定義及其評價方法。影響比較大的是，歐洲制定的CEN標準， 強調(diào)包裝材料的回收再利用以及堆肥處理； 英國標準組織 BSi 則 強調(diào)了包裝材料的環(huán)境效應(yīng)，著重于薄膜的氧化降解；其中，被 大家所共識且認可程度最高的是美國材料試驗協(xié)會 （American Society for Testi ng and Materials , ASTM對降解薄膜所作的 定義及評價方法。 對可降解塑料的評價可分為兩方面

5、，一方面是塑料的基本性能評價， 另一方面是塑料的降解性評價。一種好的降解材料應(yīng)該同時具備耐用性和可降解性。1.3.1 塑料力學(xué)性能評價 塑料的基本性能評價包括：力學(xué)性能、抗吸濕性、抗酸堿腐蝕性、抗溶解性、 抗氧化性、 物理外觀（透光性、 表面光滑程度） 等，均有相應(yīng)的國家標準 。材料性能的評價最簡單也是最常用 的方法是塑料的力學(xué)性能檢測， 這類方法可判斷材料的強度及耐 用性。1.3.2 塑料降解性能評價 世界上對可生物降解的試驗評價已經(jīng)進行了三十多年， 很多國家都提出了一些試驗評價方法， 同時也制訂了一系列標準， 我國制定的塑料降解性能國家標準如表1所示。其中ISO 14851、ISO 148

6、52和ISO 14855屬于需氧實驗法；ISO 14853屬于厭氧 實驗法；GB/T 17603、GB/T 15596屬于光解實驗法。表1降解性能試驗國家標準標準序號標標準名稱ISO 15462 水質(zhì)量一一用于生物降解能力的試驗選擇ISO 1459水體系培養(yǎng)液中有機組分最終需氧生物降解能力的評價一通過分析密封容器中無機碳的方法（CO2頂部試驗）ISO 14851 水系培養(yǎng)液中需氧條件下塑料材料生物降解能力的測定一通過測定密封容器中氧氣消耗量的方法ISO 14852 水系培養(yǎng)液中需氧條件下塑料材料生物降解能力的測定一通過分析釋放的二氧化碳的方法ISO 14855 可控堆肥條件下塑料最終需氧生物降

7、解能力和崩裂的測定一一分析釋放的二氧化碳的方法ISO 14813 水培養(yǎng)液中的厭氧生物降解試驗一一在無氧環(huán)境中測定二氧化碳和甲烷的發(fā)生量GB/T 17603 光解性塑料戶外暴露試驗方法GB/T 15596 塑料暴露于玻璃下日光或自然氣候或人工光后顏色和性能變化的測定2生物降解塑料降解塑料按照降解機理可大致分為光降解塑料、生物降解塑料和光-生物雙降解塑料。其中，具有完全降解特性的生物降解 塑料和具有光-生物雙重降解特性的光/生物雙降解塑料，是目前 主要的研究開發(fā)方向和產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向。光降解塑料由于價格較高， 又只能在光照下降解，受地理環(huán) 境、氣候制約性很大，埋地部分不能降解等表現(xiàn)出來的諸多缺點使得

8、光降解最終退出歷史舞臺， 而生物降解所變現(xiàn)出的優(yōu)良的全 降解性能， 使得各國開始把研究目光轉(zhuǎn)向生物降解。 目前研究開 發(fā)的生物降解材料有天然高分子材料、微生物合成高分子材料、 人工合成高分子材料以及共混性高分子 (添加型 )材料。天然高分 子型是利用淀粉、纖維素、甲殼質(zhì)、蛋白質(zhì)等天然高分子材料制 備的生物降解材料。生物合成的完全生物降解塑料是微生物把某些有機物作為 食物源， 通過生命活動合成的高分子化合物。 通過微生物合成而 得到的生物降解塑料以聚羥基脂肪酸酯 (PHA) 類為多，其中最 常見的有聚 3- 羥基丁酸酯 (PHB) 、聚羥基戊酸酯 (PHV) 及 PHB 和 PHV 的共聚物 (

9、PHBV) 。3 聚乳酸3.1 聚乳酸的基本性質(zhì)聚乳酸(PLA)是以微生物的發(fā)酵產(chǎn)物 L_乳酸為單體聚合成的一類聚合物， 有獨特的可生物降解性能、 生物相容性能和降解后 不會遺留任何環(huán)保問題等特點， 將成為未來應(yīng)用發(fā)展前景廣闊的 生態(tài)環(huán)保材料。聚乳酸耐水但是不能耐高溫。 雖然不是水溶性的， 但是海洋環(huán)境中的微生物也能使之降解成二氧化碳和水。這種塑料類似透明的聚苯乙烯，表現(xiàn)出很好的外觀（有光澤和透明度），但它是硬為且脆的材料，在大多數(shù)實際應(yīng)用中需要改性 （例如用增塑劑來提高其柔韌性）。它可以和許多熱塑性塑料一樣被加工成纖維、 薄膜，熱成型或者注塑成型。表2聚乳酸的基本性能性能PDLAPLLAPD

10、LLA溶解性均可溶于二唖烷、氯仿、甲醇等二氯甲烷等.PDLLA溶解性最好.不溶于脂肪烴、乙醇、固體結(jié)構(gòu)結(jié)晶性結(jié)晶性無定形性熔點/ c18080一玻璃化溫度/ c一58一熱分解溫度/ c200215185200拉伸率/ %20302030一斷裂強度/g.d -14.05.05.06.0一水解性（37 C的生理鹽水 中強度減半時間/月）4646233.2 聚乳酸的性能聚乳酸（PLA）是一種典型的合成類可完全生物降解材料，由 于其具有可靠的生物安全性、生物可降解性、對環(huán)境友好、良好 的力學(xué)性能及易于加工成形等優(yōu)點，目前已被廣泛應(yīng)用于生物醫(yī) 用高分子、紡織行業(yè)、農(nóng)用地膜和包裝等行業(yè)。3.3 . 1聚乳酸類生物可降解材料的合成合成聚乳酸的原料是乳酸，其分子中含有一個手性碳原子，具有旋光性。因此，聚乳酸具有左旋聚乳酸（L-PLA）、右旋聚乳酸（D-PLA）、外消旋聚