全生物鏈可降解材料-聚乳酸

PLA介紹隨著國內(nèi)外禁塑令和限塑令的升級，以聚乳酸(polylacticacid,PLA)為代表的生物基塑料成為傳統(tǒng)石油基塑料市場的主要替代品，備受產(chǎn)業(yè)界的青睞。聚乳酸(polylacticacid,PLA)作為生物基可降解塑料中的少有的全生物鏈的可降解材料，其原料來源于可再生的生物資源并且可以在自然環(huán)境中完全分解為二氧化碳和水，具有優(yōu)異的生物降解性和良好的力學性能，已發(fā)展為具有巨大增長潛力的行業(yè)。2PLA基本性質(zhì)PLA是以有機酸乳酸為原料聚合，通過酯鍵連接的新型聚酯材料。乳酸(2-羥基丙酸，lacticacid)在自然界廣泛存在，具有兩種立體異構(gòu)體。根據(jù)丙交酯(lactide)中間體的旋光性，可將PLA分為3種：左旋聚乳酸(polyL-lactide,PLLA)，右旋聚乳酸(polyD-lactide,PDLA)以及消旋聚乳酸(polyD,L-lactide,PDLLA)。PLA商品化程度高，價格區(qū)間在3–4萬元/t。目前常用PLA工業(yè)產(chǎn)品為PDLLA和PLLA，分別由乳酸或丙交酯的消旋體、左旋體制得。其中，PLLA是半結(jié)晶性聚合物，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度60°C左右，熔點175°C左右，不透明，機械強度好；PDLLA是無定形聚合物，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度55°C左右，沒有熔點，透明。而PDLA是結(jié)晶性聚合物，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度在60°C左右，熔點在140°C左右，主要用于學術(shù)研究。3種不同構(gòu)型的PLA性質(zhì)下表所示。通過改變?nèi)樗釂误w立體異構(gòu)體類型和組成，可以優(yōu)化聚合物的機械性能和降解速率來適用于不同的應用場景。3PLA制備方法聚乳酸生產(chǎn)是以乳酸為原料，傳統(tǒng)的乳酸發(fā)酵大多用淀粉質(zhì)原料，目前美、法、日等國家已開發(fā)利用農(nóng)副產(chǎn)品為原料發(fā)酵生產(chǎn)乳酸，進而生產(chǎn)聚乳酸。1、直接縮聚法縮聚法就是把乳酸單體進行直接縮合，也稱一步聚合法。在脫水劑的存在下，乳酸分子中的羥基和羧基受熱脫水，直接縮聚合成低聚物。加入催化劑，繼續(xù)升溫，低相對分子質(zhì)量的聚乳酸聚合成更高相對分子量的聚乳酸。2、二步法使乳酸生成環(huán)狀二聚體丙交酯，再開環(huán)縮聚成聚乳酸。這一技術(shù)較為成熟，主要過程是原料經(jīng)微生物發(fā)酵制得乳酸后，再經(jīng)過精制、脫水低聚、高溫裂解，最后聚合成聚乳酸。3、反應擠出制備高分子量聚乳酸用間歇式攪拌反應器和雙螺桿擠出機組合，進行連續(xù)的熔融聚合實驗，可獲得由乳酸通過連續(xù)熔融縮聚制得的分子量達150000的聚乳酸。利用雙螺桿擠出機將低摩爾質(zhì)量的乳酸預聚物在擠出機上進一步縮聚，制備出較高摩爾質(zhì)量的聚乳酸。在反應溫度為150℃、催化劑用量為0.5%、螺桿轉(zhuǎn)速為75r/min時可通過雙螺桿反應擠出縮聚法快速有效地提高聚乳酸的摩爾質(zhì)量，而且反應擠出產(chǎn)物分散系數(shù)減小，均勻性變好。通過DSC曲線的比較發(fā)現(xiàn)，通過反應擠出縮聚法制得的聚乳酸的結(jié)晶度有所降低，這對改善聚乳酸材料在使用過程中表現(xiàn)出較大的脆性是有益的。4PLA的應用一次性用品領(lǐng)域聚乳酸對人體絕對無害的特性使得聚乳酸在一次性餐具、食品包裝材料等一次性用品領(lǐng)域具有獨特的優(yōu)勢。其能夠完全生物降解也符合世界各國，特別是歐盟、美國及日本對于環(huán)保的高要求。但采用聚乳酸原料所加工的一次性餐具存在著不耐溫、耐油等缺陷。這樣就造成其的功能作用大打折扣，以及在運輸途中餐具變形、材質(zhì)變脆，造成大量次品。不過，經(jīng)過技術(shù)發(fā)展，市場已有經(jīng)過PLA改性后的材料，可以有效克服原粒的缺點，有的甚至耐熱溫度高達120℃以上.生物醫(yī)藥領(lǐng)域生物醫(yī)藥行業(yè)是聚乳酸最早開展應用的領(lǐng)域。聚乳酸對人體有高度安全性并可被組織吸收，加之其優(yōu)良的物理機械性能，還可應用在生物醫(yī)藥領(lǐng)域，如一次性輸液工具、免拆型手術(shù)縫合線、藥物緩解包裝劑、人造骨折內(nèi)固定材料、組織修復材料、人造皮膚等。高分子量的聚乳酸有非常高的力學性能，在歐美等國已被