生物醫(yī)用高分子聚乳酸

關于生物醫(yī)用高分子聚乳酸第1頁，講稿共31頁，2023年5月2日，星期三第2頁，講稿共31頁，2023年5月2日，星期三潛在的危害：廢舊塑料包裝物混在土壤中，影響農作物吸收養(yǎng)分和水分，將導致農作物減產拋棄在陸地或水體中的廢舊塑料包裝物，被動物當作食物吞入，導致動物死亡混入生活垃圾中的廢舊塑料包裝物很難處理：填埋處理將會長期占用土地，混有塑料的生活垃圾不適用于堆肥處理，分揀出來的廢塑料也因無法保證質量而很難回收利用第3頁，講稿共31頁，2023年5月2日，星期三第4頁，講稿共31頁，2023年5月2日，星期三目錄一、聚乳酸簡介二、聚乳酸的制備方法三、聚乳酸的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀四、聚乳酸的應用及發(fā)展前景第5頁，講稿共31頁，2023年5月2日，星期三一、聚乳酸簡介第6頁，講稿共31頁，2023年5月2日，星期三聚乳酸簡介

聚乳酸(PLA)是一種具有優(yōu)良的生物相容性和可生物降解性的合成高分子材料。PLA這種線型熱塑性生物可降解脂肪族聚酯是以玉米、小麥、木薯等一些植物中提取的淀粉為最初原料,經過酶分解得到葡萄糖,再經過乳酸菌發(fā)酵后變成乳酸,然后經過化學合成得到高純度聚乳酸。聚乳酸制品廢棄后在土壤或水中,30天內會在微生物、水、酸和堿的作用下徹底分解成CO2和H2O,隨后在太陽光合作用下,又成為淀粉的起始原料,不會對環(huán)境產生污染,因而是一種完全自然循環(huán)型的可生物降解材料。

第7頁，講稿共31頁，2023年5月2日，星期三優(yōu)勢：原料來源充足能耗量低生物可降解性良好機械性能及物理性能良好安全性第8頁，講稿共31頁，2023年5月2日，星期三缺點：(1)聚乳酸中有大量的酯鍵,親水性差,降低了它與其它物質的生物相容性;(2)聚合所得產物的相對分子量分布過寬,聚乳酸本身為線型聚合物,這都使聚乳酸材料的強度往往不能滿足要求,脆性高,熱變形溫度低(0146MPa負荷下為54℃),抗沖擊性差;(3)降解周期難以控制;(4)價格太貴,乳酸價格以及聚合工藝決定了PLA的成本較高。這都促使人們對聚乳酸的改性展開深入的研究。

第9頁，講稿共31頁，2023年5月2日，星期三生物相容性聚乳酸具有良好的生物相容性和生物降解性，其降解產物能被生物體所吸收，并且其代謝產物—乳酸是體內三竣酸循環(huán)的中間物質。PLA的強度較高，主要用于醫(yī)療器械以及骨折固定裝置等。由于其良好的生物活性，也被用做骨填充和替換材料。第10頁，講稿共31頁，2023年5月2日，星期三抗菌性一般的生物降解性塑料，細菌和霉菌等微生物處于容易附生的傾向。聚乳酸中含有極微量的乳酸或低聚物，這些物質在材料表面浸出一部分，將材料表面與人的肌膚同樣保持弱堿性，防止了細菌和霉菌等微生物的附著和繁殖。聚乳酸是唯一具有優(yōu)良抑菌及抗霉特性的生物可降解塑料。第11頁，講稿共31頁，2023年5月2日，星期三安全性：聚乳酸是由脂肪族聚酯構成的疏水性結晶性聚合物，只要不在高溫·高濕環(huán)境下長時間放置，就幾乎不產生加水分解。作為發(fā)酵食品容器也有在一定時間能夠安全使用的質地。焚化聚乳酸的燃燒熱值是焚化傳統(tǒng)塑料（如聚乙烯）的一半，而且焚化聚乳酸絕對不會釋放出氮化物、硫化物等有毒氣體。第12頁，講稿共31頁，2023年5月2日，星期三以PET（聚對苯二甲酸乙二醇酯）為例與PLA作比較第13頁，講稿共31頁，2023年5月2日，星期三以PET（聚對苯二甲酸乙二醇酯）為例與PLA作比較第14頁，講稿共31頁，2023年5月2日，星期三二、PLA的制備方法第15頁，講稿共31頁，2023年5月2日，星期三乳酸即2-羥基丙酸第16頁，講稿共31頁，2023年5月2日，星期三

PLA的制備方法丙交酯聚合法：乳酸原料轉化成丙交酯

乳酸→PLA低聚物→丙交酯（移出）丙交酯開環(huán)聚合得到預期的較高分子量PLA產品

丙交酯→PLA（連續(xù)熔融聚合和間歇熔融聚合）催化劑第17頁，講稿共31頁，2023年5月2日，星期三

PLA的制備方法乳酸直接聚合法：乳酸溶液聚合乳酸熔融聚合直接固相聚合與其他材料共聚——體系共沸點，避免聚合物降解，操作設備復雜，純化困難——分子量不如溶液聚合，催化劑是研究重點——熔融聚合+固相聚合，分子量大，降低副反應第18頁，講稿共31頁，2023年5月2日，星期三三、PLA的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀現(xiàn)在市場上的PLA纖維及其原料大部分來源于日本，美國和德國第19頁，講稿共31頁，2023年5月2日，星期三發(fā)展歷史Pelouze首先發(fā)現(xiàn)了聚酸線性二聚體——乳酰乳酸的形成；Nef證實乳酸在低壓和高溫下發(fā)生脫水反應可形成3-7聚合度的低聚物Carothers等提出使用乳酸二聚物聚合的二步法，合成高分子量的PLA20世紀60年代后期，研究者開始研究PLA及其共聚物在生物醫(yī)學方面的運用，如手術縫合線EeSantis等分析了等規(guī)的PLLA（聚L-乳酸）和它們的共聚物在制藥學上的運用，如作為藥物釋放系統(tǒng)的基材等1986，Battelle公司和杜邦公司各自開始了把PLA作為日用塑料應用的生產和加工技術的研究2005年1月，目前世界上最大的PLA生產公司NatureworksLLC，擁有11-12種不同等級的PLA，適用于吹膜、雙軸取向膜、熱膜、注塑成型、瓶子及纖維等不同用途Natureworks公司的PLA纖維2004年開始進入我國市場，非纖維用途的PLA樹脂2005年2月進入我國市場，我國目前工業(yè)用聚乳酸的制備主要處于在實驗室

第20頁，講稿共31頁，2023年5月2日，星期三四、PLA的應用及發(fā)展前景第21頁，講稿共31頁，2023年5月2日，星期三5、生物醫(yī)學材料聚乳酸（PLA)的應用

聚乳酸（PLA）1、包裝材料（食品，汽車，電子等領域2、一次性生活用品和餐飲用具3、農林漁業(yè)材料4、纖維紡織材料。。。。。。第22頁，講稿共31頁，2023年5月2日，星期三

外科手術縫合線

藥物控制釋放系統(tǒng)

組織工程方面的應用

骨折內固定材料

基因治療載體

眼科材料第23頁，講稿共31頁，2023年5月2日，星期三聚乳酸及其共聚物的研究與應用是近年來生物醫(yī)學材料研究的重要方向，為生物醫(yī)學的發(fā)展提供了新的手段。

目前國內外學者正從基礎和應用兩方面廣泛展開對聚乳酸體系的研究開發(fā)，重點是生物降解性試驗方法及評價標準、降解機理、合成加工和應用技術等。隨著研究的不斷深入，隨著生物醫(yī)學和材料學的進一步結合，聚乳酸及其共聚物在生物醫(yī)學領域的研究將會越來越廣泛和深入。第24頁，講稿共31頁，2023年5月2日，星期三隨著PLA纖維聚合工藝的局部成熟，它被認為是最具發(fā)展前景的“綠色環(huán)?！崩w維之一。它具有芯吸導濕性、良好的抗紫外線性和耐菌性，優(yōu)良的阻燃性、出色的回彈性及懸垂性。因此用PLA纖維制得的非織造布可用于農業(yè)；園藝方面，可用作種子培植、育秧、防霜及除草用布等；在醫(yī)療衛(wèi)生方面，可用作手術衣、手術覆蓋布、口罩等，也可用作尿布、婦女衛(wèi)生巾的面料及其他生理衛(wèi)生用品；在生活用品方面，可用作衣料、擦揩布、濾渣袋等。第25頁，講稿共31頁，2023年5月2日，星期三PLA薄膜有高透明度、高光澤度等優(yōu)點，同時具有持久宜人香味和優(yōu)質的透氣性，能使得凈菜、面包、油炸圈等保持新鮮，可作為食品包裝材料廣泛應用。第26頁，講稿共31頁，2023年5月2日，星期三

聚乳酸應用的突破，最有可能是出現(xiàn)在包裝市場，而且最有可能是在食品包裝方面。擁有世界上最大的聚乳酸品牌的美國卡基爾·道聚合物公司的聚乳酸市場大約80%是在包裝方面。第27頁，講稿共31頁，2023年5月2日，星期三由于聚乳酸復合材料的生物降解性和利于回收,不對環(huán)境產生壓力,可廣泛的用于生產一次性餐飲用具。例如:塑料容器,杯子、盤子、食品容器(盒)、液體容器(瓶、桶)、飲料用瓶、餐具(刀、勺叉)、快餐盒、方便面碗、開水沖泡餐具、電子微波爐加熱餐具等。也可用于休閑用品,如釣魚、野外旅行用具等。故其市場前景非常廣闊。第28頁，講稿共31頁，2023年5月2日，星期三為了節(jié)省石油資源同時減少地球溫室效應，進一步拓展由可再生的生物資源制造而來的聚乳酸的應用領域，日本許多公司對PLA在電子電器領域的應用進行了深入研究并取得了卓越的成效。日本NEC公司筆記本電腦部件材料日本富士通公司的筆記本電腦機殼材料富士通公司的LSI包裝帶索尼公司IC卡……第29頁，講稿共31頁，2023年5月2日，星期三聚乳酸（PLA)發(fā)展前景預測，在今后幾年中北美生物降解塑料市場需求強勁，2009年將達到1.6Mt，其中PLA的市場需求量為1Mt左右。PLA銷售年均增長率為7%。2008年世界塑料消費量約為115Mt，如果10~20年后替代石油基聚合物的消費量按10%~20%計，世界PLA需求量將達到11.5Mt至23.0Mt。目前，世界PLA產量約為100Mt，發(fā)展勢頭很猛，如日本一井東壓化學公司正在大弁田工業(yè)所建設500t/a的生產裝置；島津制作所建有100t/a中試裝置；美國Cargill公司在1994年建有0.5萬t/aPLA裝置。另外，美Ecochem公司、日本的大日本油墨公司都在建PLA工廠?！?zhèn)海2010年《聚乳酸的應用與