环境友好型生物降解材料聚乳酸的性能研究的总结_环境友好

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环境友好型生物降解材料聚乳酸的性能研究的总结

通过通读环境友好型生物降解材料聚乳酸的性能研究，我了解到：聚乳酸（PLA）作为绿色环保型可 降解材料，正在受到越来越多的关注，运用的范围也越来越广泛。聚乳酸的简介：

聚乳酸是由乳酸在适当条件下脱水缩合而成，常温下为 白色粉状固体，而乳酸则由一般是以含淀粉的小麦、稻谷、玉米、红薯、土豆以及甜菜等农作物为原料发酵法生产而成，制作成本低廉，原料来源充分且可以再生，且成本较低，有助于用于工业大量生产。聚乳酸产品可以生物降解，无污染，可实现在自然界中的循环，是理想的高分子材料。

PLA 的结构就是乳酸单体的重复结构，而乳酸分子中有一个不对称的碳原子，具有旋光性。因此PLA具有几种旋光异结构。PLA 的强度和热稳定性随着分子量 的增大而提高，只有当分子量达到一定程度才有使用价值，分子量太低的话很容易就分解，不可用于实用。PLA是由乳酸合成的，合成方法主要有两种：直接缩聚法和丙交酯开环聚合法（二步法）。直接缩聚法具有反应成本低、聚合工艺简单、不使用有毒催化剂等优点。但是直接合成法要获得高分子量的聚合物必须注意以下三个 问题：(1)动力学控制；(2)水的有效脱出；(3)抑制降解[5]。直接缩聚法主要有两种，一种是溶液聚合，另一种是熔融聚合。另外还有一种固相聚合法。

溶液聚合法:溶液聚合反应在生产上被广泛用来生产油漆、涂料、聚氨酯等，反应可以在纯溶剂中进行，也可以在混合溶液中进行。反应液在高真空和相对低的温度下，水与溶剂形成共沸物被脱出，其中夹带丙交酯的溶剂经过脱水后再返回到聚合反应器中。因此溶液聚合法能很好地抑制解聚副反应的速率，可以在较长的时间内合成出相对较高分子量的PLA。溶液聚合法的基本特点是：溶剂的存在使得反应比较缓和而且平稳，有利于热量交换，避免了局部过热现象。但不便于操作，要求采用高真空，装置复杂； 同时高沸点溶剂的使用给 PLA 的纯化带来困难，反应后处理相对复杂，因此生产成本较熔融缩聚法高。

熔融缩聚法:乳酸的本体熔融聚合—直接法合成PLA，是指在反应原料中不加溶剂，使原料单体和缩聚产物在反应体系熔融温度以上（一般高于熔点10~25℃以上）进行的缩聚反应。熔融缩聚的特点是反应温度高，有利于提高反应速率和低分子副产物的排出。但反应体系粘度太大，缩聚反应后期产生的水很难从体系中排除出去，很难得到分子量较高的PLA，所以在生产过程中应注意小分子水的及时有效脱除。熔融缩聚法反应比溶液聚合简单、可不使用有毒催化剂，得到的 PLA 产物无需后处理，因此有望大大降低PLA的合成成本，代表着 PLA 合成的未来发展方向。

固相聚合法： 固相聚合法是指具有一定分子量的PLA在 Tg-Tm 之间进行再缩聚的工艺。固相法通常要求 PLA的分子量达到足够大，此时反应体系存在的痕量的水可以在高真空条件下排除。由于反应温度低于 Tm 产生结晶，因此固相法实际上是 PLA 晶相间的原位缩聚，PLA 的分子量分布较宽。直接法合成PLA对的原料纯度要求很高，乳酸中若含有几十ppm的单官能团杂质就会使聚合产物分子量大大下降。乳酸的分子间氢键作用很强，沸点很高，提高温度或真空度都会引起聚合反应，因此难以通过减压蒸馏的方法提纯。要得到高分子量的 PLA 必须从乳酸的生产做起，而国内目前这种要求很难达到。

丙交酯开环聚合法(两步法)：开环聚合法即首先由乳酸脱水环化为聚合单体—— —丙交酯，副产物水在这一步除去，然后对丙交酯精制提纯，再进行开环聚合。在制备丙交酯的过程中，根据小分子水的脱除方式不同，可分为减压法和常压气流法。丙交酯开环聚合如下图所示。

丙交酯开环聚合法生产路线长、工艺复杂、成本高，特别是在丙交酯精制中需多次提纯与重结晶、耗用大量试剂、产品产率低，因此要获得分子量较高的聚乳酸，提高丙交酯的产率和纯度是关键。目前，国内对 PLA 的研究和开发主要处理起步阶段。美国和西欧在这方面处于领先地位，世界上PLA原料的生产也主要集中在这些地方。PLA 产品的原料来源于每年再生的天然资源，对人类的可持续发展具有极其重要的意义。由于 PLA 材料无与伦比的生物降解性，因此在通用高分子领域PLA将会有更为广阔的应用前景。而我国要想解决解决长期以来困扰国民经济可持续发展的 “ 白色污染” 问题，应加大对 PLA系列产品的开发和应用。