全生物鏈可降解材料-聚乳酸

PLA介紹隨著國(guó)內(nèi)外禁塑令和限塑令的升級(jí)，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(chǎng)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(lái)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(xué)性能，已發(fā)展為具有巨大增長(zhǎng)潛力的行業(yè)。2PLA基本性質(zhì)PLA是以有機(jī)酸乳酸為原料聚合，通過(guò)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(jià)格區(qū)間在3–4萬(wàn)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(diǎn)175°C左右，不透明，機(jī)械強(qiáng)度好；PDLLA是無(wú)定形聚合物，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度55°C左右，沒(méi)有熔點(diǎn)，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(diǎn)在140°C左右，主要用于學(xué)術(shù)研究。3種不同構(gòu)型的PLA性質(zhì)下表所示。通過(guò)改變?nèi)樗釂误w立體異構(gòu)體類(lèi)型和組成，可以優(yōu)化聚合物的機(jī)械性能和降解速率來(lái)適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)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(guó)家已開(kāi)發(fā)利用農(nóng)副產(chǎn)品為原料發(fā)酵生產(chǎn)乳酸，進(jìn)而生產(chǎn)聚乳酸。1、直接縮聚法縮聚法就是把乳酸單體進(jìn)行直接縮合，也稱(chēng)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(duì)分子質(zhì)量的聚乳酸聚合成更高相對(duì)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(kāi)環(huán)縮聚成聚乳酸。這一技術(shù)較為成熟，主要過(guò)程是原料經(jīng)微生物發(fā)酵制得乳酸后，再經(jīng)過(guò)精制、脫水低聚、高溫裂解，最后聚合成聚乳酸。3、反應(yīng)擠出制備高分子量聚乳酸用間歇式攪拌反應(yīng)器和雙螺桿擠出機(jī)組合，進(jìn)行連續(xù)的熔融聚合實(shí)驗(yàn)，可獲得由乳酸通過(guò)連續(xù)熔融縮聚制得的分子量達(dá)150000的聚乳酸。利用雙螺桿擠出機(jī)將低摩爾質(zhì)量的乳酸預(yù)聚物在擠出機(jī)上進(jìn)一步縮聚，制備出較高摩爾質(zhì)量的聚乳酸。在反應(yīng)溫度為150℃、催化劑用量為0.5%、螺桿轉(zhuǎn)速為75r/min時(shí)可通過(guò)雙螺桿反應(yīng)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(yīng)擠出產(chǎn)物分散系數(shù)減小，均勻性變好。通過(guò)DSC曲線的比較發(fā)現(xiàn)，通過(guò)反應(yīng)擠出縮聚法制得的聚乳酸的結(jié)晶度有所降低，這對(duì)改善聚乳酸材料在使用過(guò)程中表現(xiàn)出較大的脆性是有益的。4PLA的應(yīng)用一次性用品領(lǐng)域聚乳酸對(duì)人體絕對(duì)無(wú)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(dú)特的優(yōu)勢(shì)。其能夠完全生物降解也符合世界各國(guó)，特別是歐盟、美國(guó)及日本對(duì)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(yùn)輸途中餐具變形、材質(zhì)變脆，造成大量次品。不過(guò)，經(jīng)過(guò)技術(shù)發(fā)展，市場(chǎng)已有經(jīng)過(guò)PLA改性后的材料，可以有效克服原粒的缺點(diǎn)，有的甚至耐熱溫度高達(dá)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(kāi)展應(yīng)用的領(lǐng)域。聚乳酸對(duì)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(jī)械性能，還可應(yīng)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(fù)材料、人造皮膚等。高分子量的聚乳酸有非常高的力學(xué)性能，在歐美等國(guó)已被