綠色塑料PLA-課件

PLA武漢工程大學(xué)10級(jí)材料化學(xué)2022/12/22PLA武漢工程大學(xué)2022/12/181

開(kāi)發(fā)新材料的必要性

20世紀(jì)合成高分子材料的問(wèn)世及其快速發(fā)展極大地改善了人類生活，但是，合成高分子材料巨大的生產(chǎn)和消費(fèi)也產(chǎn)生了兩個(gè)重大課題：①有限的能源被大量消耗，如石油等②廢棄聚合物等導(dǎo)致的環(huán)境污染，如溫室效應(yīng)、PM2.5、白色污染等。新型材料PLA

具有完全生物降解性和以再生資源為原料的植物來(lái)源性，而且是一種維持自然界“碳循環(huán)平衡”的材料。PLA的開(kāi)發(fā)應(yīng)用能減少白色污染、節(jié)約石油。1932年,杜邦(DuPont)公司的著名的高分子化學(xué)家Carothers在真空條件下加熱乳酸得到了低分子質(zhì)量的聚乳酸。國(guó)外聚乳酸技術(shù)的開(kāi)發(fā)和工業(yè)化生產(chǎn)得到了突破性進(jìn)展,現(xiàn)在市場(chǎng)上的PLA纖維及其原料大部分來(lái)源于美國(guó)、日本和德國(guó)。PLA作為生物醫(yī)藥材料的應(yīng)用早在30年前就已經(jīng)開(kāi)始，但是作為工業(yè)高分子材料的應(yīng)用卻是在20世紀(jì)90年代中期美國(guó)的Gargill公司向市場(chǎng)大規(guī)模提供了性能穩(wěn)定且廉價(jià)的PLA樹(shù)脂之后才全面展開(kāi)的。2022/12/22開(kāi)發(fā)新材料的必要性2022/12/182現(xiàn)在，PLA材料的應(yīng)用已經(jīng)由最初的包裝材料等短期使用周期商品和用后回收困難的商品發(fā)展到農(nóng)林水產(chǎn)業(yè)、土木建筑業(yè)、日常生活用品等具有較長(zhǎng)使用周期的商品，甚至用作汽車、電子電器領(lǐng)域等高性能的耐久性商品。開(kāi)發(fā)的品種充分利用PLA的特性，生產(chǎn)出了PLA纖維、塑料、涂料及粘合劑等。日本鐘紡公司PLA應(yīng)用領(lǐng)域統(tǒng)計(jì)

PLA液晶電視底座包裝保護(hù)盒2022/12/22現(xiàn)在，PLA材料的應(yīng)用已經(jīng)由3

PLA制作的杯子PLA手術(shù)縫合線2022/12/22PLA制作的杯子4以PLA為代表的生物降解高分子及生物基高分子的應(yīng)用和發(fā)展可以分為3各階段，見(jiàn)下表：2022/12/22以PLA為代表的生物降解高分子及生物基高分子5PLA單體的合成化學(xué)途徑制備L-乳酸和D-乳酸的混合物或外消旋乳酸生物途徑制備光學(xué)純L-乳酸或D-乳酸，是生產(chǎn)乳酸的主要方法（生產(chǎn)工序：植物類原料糖化、批量發(fā)酵、分離/純化）2022/12/22PLA單體的合成化學(xué)途徑2022/12/186聚乳酸的合成（一）

合成高分子量的PLA的方法：共沸縮聚、擴(kuò)鏈反應(yīng)、酯化促進(jìn)輔助劑、固相縮聚。直接縮聚法2022/12/22聚乳酸的合成（一）直接縮聚法2022/12/187（二）由丙交酯開(kāi)環(huán)聚合2022/12/22（二）由丙交酯開(kāi)環(huán)聚合2022/12/188①陽(yáng)離子機(jī)理聚合機(jī)理：引發(fā)劑提供的進(jìn)攻丙交酯環(huán)外氧生成氧鎓離子，按烷氧鍵斷裂方式形成陽(yáng)離子中間體，從而進(jìn)行鏈增長(zhǎng)。2022/12/22①陽(yáng)離子機(jī)理2022/12/189②陰離子機(jī)理2022/12/22②陰離子機(jī)理2022/12/1810③插入機(jī)理Ⅰ金屬羧酸鹽2022/12/22③插入2022/12/1811Ⅱ金屬醇鹽2022/12/22Ⅱ金屬醇鹽2022/12/1812影響聚合的條件A催化劑的類型和數(shù)量2022/12/22影響聚合的條件A催化劑的類型和數(shù)量2022/12/1813B溫度2022/12/22B溫度2022/12/1814PLA的性質(zhì)1.Tg

Flory-Fox公式：=-K/：無(wú)窮大時(shí)的K:一個(gè)表示高分子鏈末端基團(tuán)過(guò)剩自由體積的常數(shù)2.Tm（結(jié)晶塑料使用溫度上限）

Thompson-Gibbs公式：=

（1-2/△）

:平衡融化溫度:表面自由能:晶片厚度△:熔化熱:結(jié)晶密度2022/12/22PLA的性質(zhì)1.Tg2022/12/18153.溶解性PLA的δ為19~20.5

2022/12/223.溶解性2022/12/18164.紅外光譜

PLA（98%）的紅外光譜特征峰值2022/12/224.紅外光譜

PLA（98%）的紅外光譜特征峰值2022/1175.物理性質(zhì)2022/12/225.物理性質(zhì)2022/12/1818謝謝大家！2022/12/22謝謝大家！2022/12/1819PLA武漢工程大學(xué)10級(jí)材料化學(xué)2022/12/22PLA武漢工程大學(xué)2022/12/1820

開(kāi)發(fā)新材料的必要性

20世紀(jì)合成高分子材料的問(wèn)世及其快速發(fā)展極大地改善了人類生活，但是，合成高分子材料巨大的生產(chǎn)和消費(fèi)也產(chǎn)生了兩個(gè)重大課題：①有限的能源被大量消耗，如石油等②廢棄聚合物等導(dǎo)致的環(huán)境污染，如溫室效應(yīng)、PM2.5、白色污染等。新型材料PLA

具有完全生物降解性和以再生資源為原料的植物來(lái)源性，而且是一種維持自然界“碳循環(huán)平衡”的材料。PLA的開(kāi)發(fā)應(yīng)用能減少白色污染、節(jié)約石油。1932年,杜邦(DuPont)公司的著名的高分子化學(xué)家Carothers在真空條件下加熱乳酸得到了低分子質(zhì)量的聚乳酸。國(guó)外聚乳酸技術(shù)的開(kāi)發(fā)和工業(yè)化生產(chǎn)得到了突破性進(jìn)展,現(xiàn)在市場(chǎng)上的PLA纖維及其原料大部分來(lái)源于美國(guó)、日本和德國(guó)。PLA作為生物醫(yī)藥材料的應(yīng)用早在30年前就已經(jīng)開(kāi)始，但是作為工業(yè)高分子材料的應(yīng)用卻是在20世紀(jì)90年代中期美國(guó)的Gargill公司向市場(chǎng)大規(guī)模提供了性能穩(wěn)定且廉價(jià)的PLA樹(shù)脂之后才全面展開(kāi)的。2022/12/22開(kāi)發(fā)新材料的必要性2022/12/1821現(xiàn)在，PLA材料的應(yīng)用已經(jīng)由最初的包裝材料等短期使用周期商品和用后回收困難的商品發(fā)展到農(nóng)林水產(chǎn)業(yè)、土木建筑業(yè)、日常生活用品等具有較長(zhǎng)使用周期的商品，甚至用作汽車、電子電器領(lǐng)域等高性能的耐久性商品。開(kāi)發(fā)的品種充分利用PLA的特性，生產(chǎn)出了PLA纖維、塑料、涂料及粘合劑等。日本鐘紡公司PLA應(yīng)用領(lǐng)域統(tǒng)計(jì)

PLA液晶電視底座包裝保護(hù)盒2022/12/22現(xiàn)在，PLA材料的應(yīng)用已經(jīng)由22

PLA制作的杯子PLA手術(shù)縫合線2022/12/22PLA制作的杯子23以PLA為代表的生物降解高分子及生物基高分子的應(yīng)用和發(fā)展可以分為3各階段，見(jiàn)下表：2022/12/22以PLA為代表的生物降解高分子及生物基高分子24PLA單體的合成化學(xué)途徑制備L-乳酸和D-乳酸的混合物或外消旋乳酸生物途徑制備光學(xué)純L-乳酸或D-乳酸，是生產(chǎn)乳酸的主要方法（生產(chǎn)工序：植物類原料糖化、批量發(fā)酵、分離/純化）2022/12/22PLA單體的合成化學(xué)途徑2022/12/1825聚乳酸的合成（一）

合成高分子量的PLA的方法：共沸縮聚、擴(kuò)鏈反應(yīng)、酯化促進(jìn)輔助劑、固相縮聚。直接縮聚法2022/12/22聚乳酸的合成（一）直接縮聚法2022/12/1826（二）由丙交酯開(kāi)環(huán)聚合2022/12/22（二）由丙交酯開(kāi)環(huán)聚合2022/12/1827①陽(yáng)離子機(jī)理聚合機(jī)理：引發(fā)劑提供的進(jìn)攻丙交酯環(huán)外氧生成氧鎓離子，按烷氧鍵斷裂方式形成陽(yáng)離子中間體，從而進(jìn)行鏈增長(zhǎng)。2022/12/22①陽(yáng)離子機(jī)理2022/12/1828②陰離子機(jī)理2022/12/22②陰離子機(jī)理2022/12/1829③插入機(jī)理Ⅰ金屬羧酸鹽2022/12/22③插入2022/12/1830Ⅱ金屬醇鹽2022/12/22Ⅱ金屬醇鹽2022/12/1831影響聚合的條件A催化劑的類型和數(shù)量2022/12/22影響聚合的條件A催化劑的類型和數(shù)量2022/12/1832B溫度2022/12/22B溫度2022/12/1833PLA的性質(zhì)1.Tg

Flory-Fox公式：=-K/：無(wú)窮大時(shí)的K:一個(gè)表示高分子鏈末端基團(tuán)過(guò)剩自由體積的常數(shù)2.Tm（結(jié)晶塑料使用溫度上限）

Thompson-Gibbs公式：=

（1-2/△）

:平衡融化溫度:表面自由能:晶片厚度△:熔化熱:結(jié)晶密度2022/12/22PLA的性質(zhì)1.Tg2022