聚乳酸材料的合成原理

聚乳酸合成工艺及应用

第七章 聚乳酸合成工艺及应用

聚乳酸(PLA)是一种以通过光合作用形成的生物质资源为主要起始原料生产的生物可降解高分子材料，使用后可通过微生物降解为乳酸并最终分解成二氧化碳和水。聚乳酸的合成和应用实际上是一个来源于可再生资源、使用寿命结束后降解产物回归自然、参与到生物资源再生的过程中去的一个理想的生态循环，属于自然界的碳循环。聚乳酸无毒，无刺激性，具有良好的生物相容性、生物吸收性、生物可降解性，同时还具有优良的物理、力学性能，并可采用传统的方法成型加工，在农业、包装材料、日常生活用品、服装和生物医用材料等领域都具有良好的应用前景，因而聚乳酸成为近年来研究开发最活跃的可生物降解高分子材料之一。 7.1

聚乳酸的合成工艺

7.1.1 乳酸缩聚

乳酸上的羟基和羧基进行脱水缩聚反应生成聚乳酸，如图7.2。

必须解决以下三个问题:一，乳酸缩聚的平衡常数非常小，在热力学上分析很难生成高分子量的聚乳酸，必须从动力学上加以控制，即有效的排出缩聚反应生成的水，使反应平衡向生成聚乳酸的方向移动;二，抑制聚乳酸解聚生成丙交酯的副反应;三，抑制变色、消旋化等副反应。

(1) 溶液缩聚法

合成过程中利用高沸点溶剂和水生成恒沸物将缩聚产生的痕量水带出，有力地促进了方应向正方向进行;同时蒸出的溶剂带出水合丙交酯经分子筛脱水后回流到反应系统中，有效地抑制了聚乳酸解聚生成丙交酯。

高沸点溶剂可以是苯、二氯甲烷、十氢萘、二苯醚等。

特点:直接制的高分子两聚乳酸，但有机溶剂的回收和分离工序使生产过程较复杂并增加了设备投资，增加了成本，而且残存的有机溶剂对产品造成污染。 (2)

熔融缩聚法

利用无催化剂条件下制的聚合度约为8左右的低聚乳酸为起始物，加入催化剂SnCl?HO(0.4%，质量分数)和等摩尔的对甲基苯磺酸(TSA)，在180?、22

410Torr的条件下反应15h可制得M大于10×10的聚乳酸。 W

聚乳酸 合成生物学

聚乳酸（PLA）是一种生物可降解聚合物，由乳酸分子通过缩合反应聚合而成。PLA具有优异的可降解性、生物相容性和机械性能等特点，已广泛应用于医疗、包装、纺织、隔热和建筑等领域。

生物合成PLA的过程可分为以下几个步骤：

1. 乳酸的生产

乳酸可以通过柠檬酸循环、糖酵解或生物发酵等途径生产。其中，生物发酵法是目前应用最广泛的方法。

生物发酵法是利用乳酸菌、酵母等微生物将可再生资源如糖、淀粉等转化为乳酸。在乳酸菌发酵中，优良的发酵菌株可提高乳酸产量、纯度和产率等参数。

2. PLA合成

PLA的生物合成可由两种化学方法实现，即酯交换聚合和缩合聚合。酯交换聚合是指乳酸分子通过开环反应形成环丙烷二酸酯（PDLA）和乙醇，再与另一个乳酸分子缩合形成PLA。缩合聚合是指先将L-乳酸和D-乳酸与过量的酸催化剂在高温下缩合生成PLA。

3. PLA的后处理

在生物合成PLA后，需要进行后处理以获得所需的物理性质和化学性质。后处理的过程包括拉伸、热压、改性等。

拉伸可增加PLA的强度和韧性，热压可提高PLA的透明性和耐热性，改性可改善PLA的耐候性和机械性能等。

综上所述，生物合成PLA是一种高效、可持续和环保的制备方法。未来，生物合成PLA的技术将进一步发展和完善，为PLA的广泛应用提供更好的支持和保障。

２００８年１１月　第３２卷第６期　安徽大学学报（自然科学版）　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ａｎｈｕｉ　Ｕｎｉｖｅ￣ｉｔｙ　Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｅｄｉｔｉｏｎ　Ｎｏｖｅｍｂｅｒ　２００８　Ｖ０Ｉ＿３２　Ｎｏ．６　

生物降解材料聚乳酸的合成与表征　

张建安，吴明元，吴庆云，杨建军，程　杰　

（安徽大学化学化工学院，安徽省绿色高分子材料重点实验室，安徽合肥２３００３９）　

摘要：以乳酸（ＬＡ）为原料，采用直接熔融法和固相缩聚法，通过优选催化剂、分步除水、连续通氮　气和高真空缩合等工艺，直接缩聚合成可用于改性的聚乳酸（ＰＬＡ）．研究了直接熔融法和固相缩聚法的　聚合时间、体系真空度、聚合工艺等对聚乳酸分子量的影响．通过用酸值变化来监测反应的进程，用粘度　法测定了产物的粘均分子量，并以红外光谱对产物进行了表征．结果表明，熔融法的最佳工艺为：辛酸亚　锡为催化剂（０．５　ｗｔ％），聚合温度１７５　ｏＣ，聚合时间１２　ｈ，体系真空度３０　Ｐａ；固相缩聚法的最佳工艺：辛　酸亚锡为催化剂（０．５　ｗｔ％）、体系真空度６０　Ｐａ、聚合温度１５０℃、聚合时间１０　ｈ．　关键词：生物降解材料；聚乳酸；直接熔融法；固相缩聚法；粘均分子量　中图分类号：ＴＱＯ５０　文献标识码：Ａ　文章编号：１０００—２１６２（２００８）０６—００７８—０４　

聚乳酸（ＰＬＡ）属合成直链脂肪族聚酯，具有优良的物理机械性能、良好的生物相容性和生物降解　

性．由于聚乳酸的降解产物（ＣＯ：和Ｈ　０）能参与人体的新陈代谢，以及其性能可在较大范围内通过与其　

他单体共聚得到调节，当前已成为生物降解医用材料领域中最受重视的材料之一＿ｌ　Ｊ．　与乳酸的二聚体丙交酯开环聚合制备聚乳酸相比，由乳酸单体直接缩聚法制备聚乳酸无需经过中　间制取丙交酯的过程，大幅降低了成本，由此获得的聚乳酸材料不仅可以用作功能大分子单体＿２ｊ，还可　

以进一步通过改性制备复合材料　．作者分别采用了直接熔融缩聚法和固相缩聚法来合成聚乳酸，探　讨了体系真空度、反应温度和反应时问等因素对分子量的影响．　

丙交酯合成聚乳酸化学方程式(一)

丙交酯合成聚乳酸

介绍

本文将介绍丙交酯合成聚乳酸的相关方程式，并通过实例解释说明。

方程式

1. 首先，乙二醇酯化反应生成乙二醇丙交酯：

C2H4(OH)2 + C3H6O2 → C6H10O4

该反应是通过乙二醇和丙交酸酯发生酯化反应而产生的。

2. 接下来，聚合乙二醇丙交酯生成聚乳酸：

(C6H10O4)n → (C3H4O2)n

该反应是通过将乙二醇丙交酯进行聚合反应而形成的。

示例解释

以乳酸为例，乳酸是一种具有生物可降解性的聚合物，在医学和食品包装等领域有广泛的应用。乳酸可通过丙交酯合成聚乳酸来得到。 首先，将乙二醇和丙交酸酯进行酯化反应，生成乙二醇丙交酯。乙二醇和丙交酸酯反应生成酯类化合物的方程式如下：

C2H4(OH)2 + C3H6O2 → C6H10O4

通过该反应，可以得到乙二醇丙交酯。

然后，通过对乙二醇丙交酯进行聚合反应，可以得到聚乳酸。聚合乙二醇丙交酯生成聚乳酸的方程式如下：

(C6H10O4)n → (C3H4O2)n

该反应通过将乙二醇丙交酯进行聚合反应，得到聚乳酸。

乳酸的合成过程中，丙交酯起到了重要的作用。通过这一过程，可以得到具有生物可降解性质的聚乳酸，从而满足医学领域和食品包装领域中对环境友好材料的需求。

结论

本文介绍了丙交酯合成聚乳酸的相关方程式，并通过实例对其进行了解释说明。丙交酯合成聚乳酸是一种重要的聚合反应，可以得到具有生物可降解性的聚乳酸材料，具有广泛的应用前景。通过进一步研究和发展，可以探索丙交酯合成聚乳酸的改良方法，以提高合成效率和减少成本。