可降解塑料的生物合成

生物降解型塑料-聚乳酸(PLA)清华大学美术学院 贺书俊 学号2012013080摘要： 近年来世界各国都高度重视源于可再生资源的可降解高分子材料的研究开发，聚乳酸因可生物降解、性能优异、应用广泛而深受青睐。

本文主要介绍了聚乳酸的降解机理、作为可降解塑料的应用现状、改进方法以及未来的发展趋势。

1、 聚乳酸简介单个的乳酸分子中有一个羟基和一个羧基，多个乳酸分子在一起，-OH 与别的分子的-COOH 脱水缩合，-COOH 与别的分子的-OH 脱水缩合，就这样，它们手拉手形成了聚合物，叫做聚乳酸。

聚乳酸也称为聚丙交酯，属于聚酯家族。

聚乳酸是以乳酸为主要原料聚合得到的聚合物，原料来源充分而且可以再生。

聚乳酸的生产过程无污染，而且产品可以生物降解，实现在自然界中的循环，因此是理想的绿色高分子材料。

[1]2、 聚乳酸降解机理聚乳酸是典型的“绿色塑料”，因其良好的生物相容性、完全可降解性及生物可吸收性，是生物降解材料领域中最受重视的材料之一，下面就聚乳酸的降解机理进行介绍。

聚乳酸是一种合成的脂肪族聚酯，其降解可分为简单水解（酸碱催化）降解和酶催化水解降解。

从物理角度看，有均相和非均相降解。

非均相降解指降解反应发生在聚合物表面，而均相降解则是降解发生在聚合物内部。

从化学角度看，主要有三种方式降解：①主链降解生成低聚体和单体；②侧链水解生成可溶性主链高分子；③交链点裂解生成可溶性线性高分子。

本体侵蚀机理认为聚乳酸降解的主要方式为本体侵蚀，根本原因是聚乳酸分子链上酯键的水解。

聚乳酸类聚合物的端羧基（由聚合引入及降解产生）对其水解起催化作用，随着降解的进行，端羧基量增加，降解速率加快，从而产生自催化现象。

[2]因乳酸来源于可再生资源，经过聚合、改性、加工成制品，当制品废弃时，能完全被人体吸收或被环境生物所降解成二氧化碳和水，从而造福人类并无污染地回归自然，聚乳酸的生产过程无污染，而且产品可以生物降解，实现在自然界中的循环，因此是理想的绿色高分子材料。

生物可降解材料的制备及其应用路线随着环境污染和可持续发展的重要性日益提高，生物可降解材料作为一种新型材料，越来越受到人们的关注。

它具有优异的可降解性和再生能力，对于改善环境问题和可持续发展有着重要的作用。

本文将探讨生物可降解材料的制备以及其应用路线。

一、生物可降解材料的制备1. 生物可降解聚合物的制备生物可降解聚合物是制备生物可降解材料的重要原料。

目前，生物可降解聚合物的制备主要有以下几种方式：1）生物合成法：通过微生物代谢合成聚合物，例如聚羟基烷酯（PHA）。

2）化学合成法：通过化学反应合成聚合物，例如聚乳酸（PLA）。

3）酶催化合成法：利用酶催化合成聚合物，在反应过程中不需要使用有机溶剂和高温高压，可以有效节约能源和减少废物。

2. 生物可降解塑料的制备生物可降解塑料是最常见的生物可降解材料，其中主要包括聚乳酸、聚羟基烷酯、聚己内酯和淀粉基塑料等。

生物可降解塑料的制备主要有以下几种方式：1）单独制备：将生物可降解聚合物单独制备成塑料制品，例如聚乳酸制备的餐具。

2）混合制备：将生物可降解聚合物与其他可降解材料混合，例如将聚乳酸与淀粉混合制备的塑料袋。

3. 生物可降解纤维的制备生物可降解纤维是生物可降解材料的另一种重要形式，广泛应用于衣服、织品和其它纺织品等领域。

生物可降解纤维的制备主要有以下几种方式：1）湿法纺丝法：将聚乳酸等生物可降解聚合物与溶剂混合后，经由旋转结晶制备纤维。

2）熔体纺丝法：直接将生物可降解聚合物熔化再经由拉伸制备成纤维。

二、生物可降解材料的应用路线生物可降解材料具有广泛的应用前景，主要包括以下几个领域：1. 医疗领域生物可降解材料在医疗领域中有着重要的应用。

例如，聚乳酸可用于制备缝合线、支架和修复骨折等医用产品。

2. 包装领域生物可降解材料在包装领域中有着广泛的应用。

例如，聚乳酸和淀粉基塑料可以用于制备生鲜食品包装袋。

3. 农业领域生物可降解材料在农业领域中也有着非常重要的作用。

pbat合成工艺原理Pbat（聚丁二酸丁二醇酯）是一种生物可降解塑料，由丁二酸与丁二醇通过酯化反应合成。

Pbat具有很好的可降解性能和物理力学性能，在许多领域被广泛应用。

本文将详细介绍Pbat的合成工艺原理。

（一）丁二酸和丁二醇的选择合成Pbat的首要步骤是选择适当的丁二酸和丁二醇。

丁二酸可通过石油基化工工业中的氧化或氯化丁二酸合成，也可通过天然的大豆油、蓖麻油等油脂中提取得到。

在选择丁二酸时，需要考虑其可再生性以及生物降解性。

丁二醇是由丙烯腈或乙烯烘焙内尸酮与氢气加氢反应得到。

丁二醇的选择主要考虑其可再生性、可获得性以及与丁二酸的酯化反应活性。

（二）酯化反应Pbat的合成是通过丁二酸和丁二醇的酯化反应进行的。

酯化反应可通过酸催化剂、碱催化剂或酶催化剂进行。

1.酸催化剂酯化反应：常用的酸催化剂包括硫酸、磷酸和甲基硫酸等。

此过程需要在高温下进行，充分混合丁二酸和丁二醇，并进行连续搅拌。

酸催化剂能提高反应速度，并促使酯化反应达到平衡。

2. 碱催化剂酯化反应：碱催化剂酯化反应是一种常用的合成Pbat的方法。

碱催化剂包括氢氧化钠、氢氧化钾和丁酸铁等。

碱催化剂在低温下能够促进酯化反应，并提高Pbat合成的选择性和产率。

此外，使用碱催化剂还能减少酸催化剂反应过程中可能产生的副产物。

3. 酶催化剂酯化反应：酶催化剂酯化反应是一种较新的合成Pbat的方法，具有环境友好性和高选择性。

酶催化剂通常是脂肪酶，如脂肪酶B。

此方法需要在温和的反应条件下进行，而且反应速度较慢，需要长时间的反应。

（三）反应条件与工艺优化在Pbat的合成过程中，反应条件对Pbat的质量特性具有重要影响。

一般来说，反应温度是影响Pbat合成速度和产率的重要因素。

过高或过低的温度都会对Pbat的合成产率和质量产生负面效应。

通常，较高的温度可以加快反应速度，但同时也可能导致副反应的发生。

较低的温度可以减少副反应的发生，但同时也会降低反应速度。

因此，选择合适的反应温度对于优化Pbat的合成工艺至关重要。

pla塑料温度特性PLA（聚乳酸）塑料是一种可降解的生物基合成塑料，也是目前使用最广泛的可降解塑料之一。

它比其他传统塑料易于回收利用，可以降低环境污染。

PLA塑料的温度特性是该材料的重要性能，在使用PLA塑料时，温度特性会直接影响塑料的性能及应用广泛性。

PLA塑料的加工温度在180-210摄氏度之间。

在低温下成型，PLA 塑料的机械性能较好，但也会导致塑料的较低收缩率，加工时短暂的局部水蒸气环境时，会导致塑料的不良引伸。

随着加工温度的升高，塑料的收缩率也会随之上升，此时塑料的加工性能和抗弯曲强度有所增加，但PLA塑料仍然容易出现热脆，背压开裂等缺陷。

在超过210摄氏度时，塑料的变形转化点将达到，塑料易熔化。

因此，在选择PLA塑料时，应根据塑料的加工要求来确定合适的温度范围，以充分发挥塑料材料的加工性能。

当确定合适的加工温度时，应注意胶料的加热温度，首先要确保胶料的机械性能。

同时，热塑性塑料在加工中会受到温度的影响，加工过程中应适当降低温度，以保证塑料的性能和收缩率。

同时，应加强塑料的热稳定性，以延长塑料的加工寿命。

另外，PLA塑料的应用温度要分为各种应用环境。

目前，PLA塑料多被用于一次性餐具，袋等制品，因此其应用温度一般不超过110摄氏度。

在高温环境，如食品处理环境下，建议在90-120摄氏度以内使用PLA塑料。

在更高温度的环境中，应尽可能使用高性能塑料，以免造成热失效。

PLA塑料的温度特性是该材料不可忽视的性能。

在进行PLA塑料的选择时，应根据塑料的加工要求来确定合适的温度范围，以及正确的应用温度，才能充分发挥其加工性能和使用寿命。

此外，应加强对塑料的热稳定性，以延长塑料的使用寿命。

生物可降解塑料的合成和应用近年来，随着环保意识的加强和可持续发展的日益重视，生物可降解塑料成为了研究的热门话题之一。

生物可降解塑料不仅具有良好的可降解性和可生物降解性，同时也能够有效减少塑料垃圾对环境的污染和对生态系统的破坏。

本文将介绍生物可降解塑料的合成和应用，分析其在环境保护和可持续发展方面的重要意义。

一、基础概念生物可降解塑料是一种由天然高分子材料制成的塑料，这些材料能够通过自然降解和微生物降解的方式转化成水、二氧化碳、有机物等物质，同时不污染环境和不危害生态系统。

根据原料的不同，生物可降解塑料可以分为多种类型，其中较为常见的有淀粉基、聚乳酸、聚羟基脂肪酸酯等。

二、生物可降解塑料的合成生物可降解塑料的合成主要涉及原料选取、反应过程和材料性能等方面。

例如，淀粉基生物可降解塑料的合成需要选择淀粉作为基础原料，经过加工和混合后，再添加生物降解剂和成型剂，通过热压或注塑等工艺进行成型。

而聚乳酸生物可降解塑料的制备则需要通过聚合反应将乳酸单体进行聚合反应，形成聚乳酸高分子材料，然后经过加工、缩聚和成型等工艺制成最终产品。

三、生物可降解塑料的应用生物可降解塑料具有广阔的应用前景，特别是在一次性塑料制品领域。

例如，生物可降解塑料可以用于制作生物可降解吸管、餐具、咖啡杯、购物袋等产品，用来替代传统的一次性塑料制品，减少塑料污染。

除此之外，生物可降解塑料还可以应用于农业生产和食品包装等领域。

例如，聚乳酸生物可降解塑料可以用于制作农业保护膜、园艺覆盖膜和食品包装袋等产品，具有良好的生物可降解性和耐腐蚀性等特点。

四、生物可降解塑料的优势与挑战生物可降解塑料相对于传统塑料具有许多优势，主要体现在以下几个方面：1. 可降解性能强。

生物可降解塑料可以通过自然降解和微生物降解的方式将高分子材料转化成水、二氧化碳等无害物质，不会对环境造成永久性污染。

2. 能够减少塑料垃圾对环境的污染。

生物可降解塑料可以将传统塑料垃圾短期内降解，有助于缓解塑料垃圾对环境造成的危害。

68·FOOD INDUSTRY调查 研究　柯琼贤 刘海平 广东省茂名市质量计量监督检测所生物可降解塑料和淀粉基可降解塑料的比较在适宜的生理条件下迅速进行。

淀粉基可降解塑料的原理：物理改性：理改性是指通过淀粉细微化、挤压机破坏淀粉结构或添加偶联剂和增塑剂等添加剂以增加淀粉与通用塑料的相容性；化学改性：化学改性通常是向淀粉分子引入疏水基团，使其在淀粉和合成树脂之间起到增强相容性的作用，改性方法有酯化、羟烷基化或接枝共聚、醚化和交联改性等；淀粉共混塑料：共聚型光解塑料主要通过共聚反应在高分子主链引入羧基型感光基而赋予其光降解特性，并通过调节羧基型感光基因团含量可控制光降解活性；全淀粉塑料：全淀粉型淀粉指以淀粉为主料（占９０％以上），不添加任何石油化工原料一类产品。

这里淀粉包括天然淀粉和改性淀粉。

天然淀粉由于分子间存在氢键，溶解性很差，亲水但并不易溶于水，且直接加热时没有熔融过程，３００℃以上分解。

优势和存在问题生物塑料可不同程度进行生物降解，且具有良好环保性能、原料再生等市场优势。

生物降解塑料由于有良好的降解性。

淀粉基降解塑料由于较高温度下易急剧降解，因此以淀粉为基材的降解塑料加工温度通常在１５０℃以下，而一般聚烯烃塑料加工温度多在２００℃左右，以此计算相同产量生物降解塑料的加工能耗明显低于普通塑料。

该降解材料在推行低碳经济方面将发挥重要作用。

可生物降解塑料价格相对高昂、某些性能指标与传统塑料还有一定差距，其市场接受度还不是很高。

价格高是生物塑料推广难的最主要原因。

淀粉基可降解塑料存在的问题：成本和性能等方面的问题。

降解不彻底，仍然会造成环境污染。

填充型和双降解塑料的主要成分是合成树脂，所以它们只能不完全降解，降解的结果导致材料整体力学性质大幅度降低而崩溃成碎片或呈网架式结构，其碎片更加难以收集处理。

虽力学性能已达到传统塑料的标准，但因淀粉本身具有吸水性，所以材料回潮吸水导致其力学性能严重下降，且淀粉含量越高，问题越严重。

聚乳酸的简称（PLA）PLA是生物降解塑料聚乳酸的英文简写，全写为：polylactice acid聚乳酸也称为聚丙交酯(polylactide)，属于聚酯家族。

聚乳酸是以乳酸为主要原料聚合得到的聚合物，原料来源充分而且可以再生,主要以玉米、木薯等为原料。

聚乳酸的生产过程无污染，而且产品可以生物降解，实现在自然界中的循环，因此是理想的绿色高分子材料。

聚乳酸的热稳定性好，加工温度170～230℃，有好的抗溶剂性，可用多种方式进行加工，如挤压、纺丝、双轴拉伸，注射吹塑。

由聚乳酸制成的产品除能生物降解外，生物相容性、光泽度、透明性、手感和耐热性好，还具有一定的耐菌性、阻燃性和抗紫外性，因此用途十分广泛，可用作包装材料、纤维和非织造物等，目前主要用于服装(内衣、外衣)、产业(建筑、农业、林业、造纸)和医疗卫生等领域。

PLA最大的制造商是美国NatureWorks公司，其次是中国的海正生物，他们目前的产量分别是7万吨和5千吨。

PLA有很多的应用，可以在挤出、注塑、拉膜、纺丝等多领域应用。

聚乳酸的制备1.1.合成方法总的来说，聚乳酸（PLA）的制备是以乳酸为原材料进行合成的。

目前合成方法有很多种，较为成熟的是乳酸直接缩聚法，另一种是先由乳酸合成丙交酯，再在催化剂的作用下开环聚合。

另外还有一种固相聚合法。

1)乳酸直接聚合法直接聚合法早在20世界30~40年代就已经开始研究，但是由于涉及反应中的水脱除等关键技术还不能得到很好的解决，所以其产物的分子量较低（均在4000以下），强度极低，易分解，没有实用性。

日本昭和高分子公司采用将乳酸在惰性气体中慢慢加热升温并缓慢减压，使乳酸直接脱水缩合，并使反应物在220~260℃，133Pa 下进一步缩聚，得到相对分子质量在4000以上的聚乳酸。

但是该方法反应时间长，产物在后期的高温下会老化分解，变色，且不均匀。

日本三井压化学公司采用溶液聚合法使乳酸直接聚合得到聚乳酸。

直接法的主要特点是合成的聚乳酸不含催化剂，因此缩聚反应进行到一定程度时体系会出现平衡态，需要升温加压打破反应平衡，反应条件相对苛刻。

⽣物可降解塑料塑料的最新研究现状⽣物可降解塑料的研究现状摘要：⽣物可降解材料因其具有可降解的特性越来越受到⼈们的关注。

本⽂主要介绍⽣物可降解塑料的应⽤背景，塑料的最新研究及其成果。

其中可降解塑料包括淀粉基⾼分⼦材料、聚乳酸和PHB。

关键词：⽣物可降解塑料⽩⾊污染淀粉基材料聚乳酸PHB现代材料包括⾦属材料、⽆机⾮⾦属材料和⾼分⼦材料作为现代⽂明三⼤⽀柱（能然、材料、信息）之⼀在⼈类的⽣产活动中起着越来越重要的作⽤。

[1]传统的⾼分⼦塑料在给国民经济带来快速发展，⼈民⽣活带来巨⼤改变的同时也给⼈类的⽣存环境带来了巨⼤的破坏。

当今社会“⽩⾊污染”的问题变得越来越受关注。

这类塑料由于在⾃然环境下难以降解处理，以致造成了城市环境的视觉污染，同时由于它们不能像草⽊⼀样被⽣物降解，还常常引起动物误⾷，并造成⼟壤环境恶化。

塑料制品在⾷品⾏业中⼴泛使⽤，⾼温下塑料中的增塑剂、稳定剂、抗氧化剂等助剂将渗⼊到⾷物中，会对⼈的肝脏、肾脏及中枢神经系统造成损害。

塑料的⼤量使⽤必然会带来如何处理废弃塑料的难题。

传统的塑料处理⽅法主要包括直接填埋、焚烧、⾼温炼油等⽅法。

这些处理⽅法不仅对环境造成破坏，同时也对⼈类健康构成巨⼤威胁。

⽯油、天然⽓等能然已⾯临危机，以⽯油为原料的塑料⽣产将受到很⼤的阻⼒。

为了减少废弃塑料对环境的污染和缓解能然危机，多年来⼈们努⼒开发⽣物可降解材料，⽤以替代普通塑料。

⽣物可降解塑料是指⼀类由⾃然界存在的微⽣物如细菌、霉菌（真菌）和藻类的作⽤⽽引起降解的塑料。

理想的⽣物降解塑料是⼀种具有优良的使⽤性能、废弃后可被环境微⽣物完全分解、最终被⽆机化⽽成为⾃然界中碳素循环的⼀个组成部分的⾼分⼦材料。

⽣物降解过程主要分为三个阶段：（1）⾼分⼦材料表⾯被微⽣物粘附；（2）微⽣物在⾼分⼦表⾯分泌的酶作⽤下，通过⽔解和氧化等反应将⾼分⼦断裂成相对分⼦量较低的⼩分⼦化合物；（3）微⽣物吸收或消化⼩分⼦化合物，经过代谢最终形成⼆氧化碳和⽔。