对聚乳酸的现状与发展方向的探究
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聚乳酸及其共聚物的应用及研究进展随着医学的发展,在现代医学治疗中经常需要一些暂时性的材料,尤其是在外科领域,如可吸收缝线、软组织植入、骨折内固定材料、人工血管、止血剂、外科粘合剂以及药物缓释系统,这就要求植入的材料在创伤愈合或药物释放过程中可生物降解。
所以近年来,可生物降解高分子材料正日益广泛的应用于医学领域。
作为药物缓释系统的载体材料,在药物释放完后不需要再经手术取出,可以减轻用药者的痛苦和麻烦。
因此生物降解高分子材料是很多需长期服用的药物的理想载体。
作为体内短期植入物,也可很大程度的减轻患者的痛苦。
对于医学临床应用于生物组织中的生物材料往往有如下要求:首先要确保材料和降解产物无毒性、不致癌、不致畸、不引起人体细胞的突变和组织反应;其次要与人体组织有较好的相容性,不能引起中毒、溶血凝血、发热和过敏等现象;此外,还要具有化学稳定性,抗体液、血液及酶的体内生物老化作用[1];适当的物理机械性能及可成型性;具有要求的降解速度等[2]。
在过去的(近)20年中,发现的符合上述要求的可生物降解高分子材料有很多,如聚乳酸、丙交酯-乙交酯共聚物、聚羟基乙酸、聚羟基丁酸酯等。
这些高分子降解物大多都含有可水解的化学键。
而PLA是聚酯类可生物降解高分子聚合物中的一种,因其具有突出的生物相容性,具有与天然组织相适应的物理力学性能,和其在化学和生物性能上的多功能性而引人注意[3]。
1 聚乳酸(polylactic acid,PLA)概述PLA的结构式为:O C CHCH3OO CCH3CH OnPLA是继聚乙醇酸之后第二类经FDA批准可用于人体的生物降解材料。
其不仅具有优良的机械强度、化学稳定性,还具有良好的生物相容性和生物降解性。
近年来,国内外对其在生物医学方面的应用作了大量的研究。
其已在手术缝合线、骨修复材料、药物控制缓释系统以及组织工程支架(如人工骨、人造皮肤)方面有着较广泛的应用。
PLA还可制成纤维或包装材料用以替代聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯等,从而解决废塑料公害问题[4]。
聚乳酸的前景摘要:人口的日益膨胀,地球上资源和能源的短缺,环境污染日益成为全人类需要急需关注的问题。
我们在享受现代科技带来的便利的同时,也应该认识到人类即将面临的及其紧迫的环境危机。
绿色化学是实现污染预防最基本的科学手段,具有极其重要的社会和经济意义。
当今的世界是追求节能环保的时代,可降解塑料无疑就成为国内外关注的绿色产品。
关键词:聚乳酸性能制作方法应用正文:聚乳酸,简称PLA,也称聚丙交酯。
乳酸纯品为无色液体,工业品为无色到浅黄色液体。
无气味,具有吸湿性。
能与水、乙醇、甘油混溶,不溶于氯仿、二硫化碳和石油醚。
在常压下加热分解,浓缩至50%时,部分变成乳酸酐,因此产品中常含有10%-15%的乳酸酐。
乳酸分子存在两种光学对映体(D-乳酸和L-乳酸),其理化性能十分相近,只是旋光性相反,L-乳酸旋光为右旋,而D-乳酸旋光为左旋。
医学研究证明,人体只具有代谢L-乳酸的酶(L-乳酸脱氢酶);而D-乳酸进入人体后,由于不能代谢,使血尿酸度提高,过量的摄入就引起代谢紊乱等不良反应。
为此,世界卫生组织规定,成人每天摄入的D-乳酸量每公斤体重不得超过100毫克,并禁止在婴儿食品中添加 D-乳酸,对L-乳酸无任何限制。
聚乳酸可以通过玉米等农作物发酵生成乳酸聚合制备,单体来源丰富,具有可再生性,它本身及其降解产物不会对环境和生物体产生危害,是最具发展前景的生物降解材料之一。
1.聚乳酸纤维的性能(1)原料丰富,资源和能源消耗少:聚乳酸纤维是迄今最名副其实的由人工合成的有机高分子“绿色产品”和“环保产品”。
产品综合能耗是目前大类化学纤维生产中最低的。
(2)可生物降解聚乳酸具有良好的生物降解性。
分解速度低且稳定,埋入土壤后2到3年后强度才消失。
但与微生物和复合有机废料混合,可以在短时间内完成降解,例如与其他有机废弃物同时埋入地下,几个月之内就会分解成CO2和H2O,因此是一种理想的可生物降解纤维。
(3)物理机械性能和加工性能好聚乳酸纤维和涤纶的主要物理和化学性质相比,其强度、伸长等与涤纶和锦纶差不多,但熔点最低,模量较低,具有很好的手感。
聚乳酸(PLA)行业发展一、聚乳酸(PLA)简介聚乳酸(PLA)是一种新型的生物基及可再生生物降解材料,使用可再生的植物资源(如玉米、木薯等)所提出的淀粉原料制成。
淀粉原料经由糖化得到葡萄糖,再由葡萄糖及一定的菌种发酵制成高纯度的乳酸,再通过化学合成方法合成一定分子量的聚乳酸。
其具有良好的生物可降解性,使用后能被自然界中微生物在特定条件下完全降解,最终生成二氧化碳和水,不污染环境,对保护环境非常有利,是公认的环境友好材料。
聚乳酸(PLA)具有良好的生物降解性、生物相容性、热稳定性、抗溶剂性和易加工性等优点,广泛应用于服装制造、建筑和医疗卫生等领域,是合成生物学在材料领域的最早应用之一。
其具体应用领域如下:图表 1:聚乳酸的主要应用领域二、聚乳酸(PLA)行业产能分析目前,作为环境友好型生物基可降解材料聚乳酸的应用前景较好,全球产能不断提升。
据欧洲生物塑料协会的统计数据显示,2019年,全球聚乳酸产能约27.13万吨;2020年,产能增长至39.48万吨。
图表 2:2019-2020年全球聚乳酸产能情况(单位:万吨)从国内看,我国聚乳酸的生产目前仍属起步阶段,已建并投产的生产线不多,且多数规模较小,主要生产企业包括吉林中粮、海正生物等等,而金丹科技、安徽丰源集团、广东金发科技等公司的产能仍处于在建或拟建中。
图表 3:2020年全球及中国主要聚乳酸企业产能情况(千吨/年)三、聚乳酸(PLA)市场规模分析据统计,2019年,全球聚乳酸市场规模已达6.608亿美元,基于其广阔的应用前景,市场在2021-2026年期间将保持7.5%的年均复合增速增长,至2026年,全球聚乳酸(PLA)市场规模将达11亿美元。
图表 4:2019-2026年全球聚乳酸市场规模及预测(亿美元)从国内看,2025年国内可降解塑料市场产能规模保守可达561万吨,其中PLA规模约为180万吨(按目前32%比例估算)。
根据中国塑协降解塑料专业委员会数据,2020年9月至2021年8月,我国PLA平均成交价约为28000元/吨,预计到2025年,我国PLA市场规模将有望近500亿元。
聚乳酸市场分析报告1.引言1.1 概述聚乳酸市场作为生物可降解材料的重要代表,近年来受到了越来越多的关注。
聚乳酸具有优良的生物降解性能和可塑性,被广泛应用于包装材料、医疗器械、纺织品等领域。
此次报告旨在对聚乳酸市场进行全面分析,包括市场现状、发展趋势、主要应用领域以及未来的发展机遇与挑战。
通过对聚乳酸市场的深入研究,旨在为相关行业的从业者提供参考和借鉴,同时也为投资者提供决策依据。
1.2 文章结构文章结构部分:文章将分为引言、正文和结论三个部分。
在引言部分,将首先对聚乳酸市场进行概述,然后介绍文章的结构和目的,最后进行总结。
在正文部分,将详细分析聚乳酸市场的现状、发展趋势和主要应用领域。
在结论部分,将展望聚乳酸市场的前景,探讨未来发展的机遇与挑战,并对整个文章进行总结。
通过以上结构,读者将能够全面了解聚乳酸市场的情况和未来发展趋势。
目的部分的内容可以写成:1.3 目的本报告旨在对聚乳酸市场进行深入分析,全面了解其现状、发展趋势以及主要应用领域。
通过对市场展望的探讨,旨在为投资者、企业决策者提供可靠的参考,帮助他们更好地把握市场机遇,应对挑战,做出明智的决策。
同时,通过对未来发展机遇与挑战的分析,为相关行业的从业者提供一定的指导和思路,以期为行业的持续发展贡献一份力量。
1.4 总结总结:在本报告中,我们对聚乳酸市场进行了全面的分析和研究。
我们首先概述了聚乳酸的基本特性和应用领域,随后对市场现状进行了深入的分析,包括市场规模、竞争格局等方面。
接着,我们对聚乳酸市场的发展趋势做出了预测,并对其主要应用领域进行了详细说明。
通过本报告的研究,我们可以清晰地看到聚乳酸市场的巨大潜力和发展前景,特别是在环保材料领域的应用将会成为未来的重要趋势。
然而,市场仍面临着一些挑战,如技术创新和成本控制等方面。
我们希望本报告可以为相关企业和机构提供有益的参考,帮助他们更好地把握聚乳酸市场的发展动向,从而制定更有效的发展战略。
探究新型绿色包装材料一聚乳酸摘要:本文主要阐述绿色包装材料聚乳酸的基本特性,同时综述了生物可降解材料聚乳酸的间接合成法、直接合成法等工艺取方法及其研究进展,并总结了聚乳酸类生物材料在纺织、包装、医疗卫生和农业方面等领域的主要应用和研究进展,最后对聚乳酸生物材料未来的研究方向提出展望,并阐述了聚乳酸的发展前景与在各个领域中的应用方向和主导作用。
关键词:聚乳酸、化学特性、提取、材料、应用、发展一. 聚乳酸(PLA)的发展简史生物降解塑料的生物降解,是指生物降解塑料在微生物作用下发生降解、同化的过程。
发挥生物降解作用的微生物主要包括真菌、霉菌或藻类。
乳酸可通过对含淀粉的农作物(玉米、小麦、土豆、薯类等)进行发酵而大量生产,其中尤其以玉米淀粉产量和用量最大,所以PLA又被称为“玉米塑料”。
1932年Dupont 公司科学家Wallace Carothers 在真空中将乳酸进行聚合产生低分子量聚合物;1987 年美国食品公司Cargill投资研发新的PLA聚合工艺;2001年Cargill与Dow合资,开始大规模生产Nature Works品牌的PLA商品二. 聚乳酸的简介及特性聚乳酸(Polylactic acid,PLA )是20世纪90年代迅速发展起来的新一代可完全降解高分子材料,它是以微生物发酵产物L-乳酸为单体,用化学合成方法聚合而成的,是热塑性脂肪族树脂的一种。
PLA具有优良的生物相容性和可吸收性,无毒、无刺激性,它在自然界中的微生物、水、酸、碱等作用下能完全分解,最终产物是CO2和H20 ,对环境无污染,可作为环保材料代替传统的聚合物材料,受到了世界各国的广泛关注和深入研究。
同时,它在人体内的中间产物乳酸对人体无毒性,经美国食品和药品管理局(FDA)批准广泛用作药物控释载体、医用手术缝合线及骨折内固定材料等生物医用高分子材料,因此,PLA作为一种新型的可生物降解高分子材料逐步得到研究者的重视,其应用范围已从最初用于手术缝合线、接骨材料、生理卫生用品、药物载体等医用领域向各类包装材料等通用高分子材料领域迅速扩展,展现了诱人的发展活力。
中国聚乳酸(PLA)行业发展现状分析一、产量聚乳酸,又称聚丙交酯,是以乳酸为主要原料聚合得到的聚酯类聚合物,是一种新型的生物降解材料。
2020年中国聚乳酸产量约为19.7万吨,同比增长41.7%;中国聚乳酸需求量为21.99万吨,同比增长37.1%。
二、聚乳酸进出口《2021-2027年中国聚乳酸(PLA)行业竞争格局分析及发展趋势预测报告》数据显示: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。
我国需求量较多,2020年中国聚乳酸出口数量为2858.5吨,同比下降9%;中国聚乳酸进口数量为25740.6吨,同比增长5.2%。
其中,2020年中国聚乳酸进口数量最多为泰国地区11911.7吨;其次是美国地区进口聚乳酸数量10888吨;再次是中国台湾进口聚乳酸数量573.5吨。
2020年中国聚乳酸出口数量最多地区为韩国567697千克;其次是出口至意大利地区聚乳酸数量为536650千克;再次是出口至中国台湾地区聚乳酸数量为509167千克。
据中国海关数据显示,2020年中国聚乳酸进口金额为8213.8万美元,同比增长40.5%;中国聚乳酸出口金额为1031.9万美元,同比增长12.1%。
其中,2020年中国聚乳酸从泰国地区进口金额为4173.9万美元,占比超过一半为50.8%;从美国地区进口金额为3068.9万美元,占比为37.4%。
据中国海关数据,2020年中国聚乳酸主要出口地区有韩国、意大利、中国台湾及越南等。
其中,韩国地区聚乳酸出口金额为214.6万美元,占总聚乳酸出口金额的20.8%。
三、企业情况2020-2021年在国家“禁塑令”政策及各地政府限塑令的推动下,以聚乳酸为代表的可生物降解塑料制品需求逐渐爆发,我国众多企业纷纷在建、拟建或扩建聚乳酸产能。
2020年中国相关聚乳酸新增注册企业数量73家,同比增长40.4%。
聚乳酸是一种典型的合成类可完全生物降解材料,具有可靠的生物安全性、生物可降解性、环境友好性、良好的力学性能及易于加工成形等优点,在生物医用高分子、农用地膜和包装等行业具有广阔前景。
中国聚乳酸产业发展难点
第一,原材料供应不足。
聚乳酸的主要原材料是玉米淀粉,然而中国的玉米资源并不丰富,且很大一部分被用于食品加工和畜禽饲料生产。
因此,供应链的不稳定性使得聚乳酸产业面临着原材料供应不足的问题,这直接影响到产业的发展和规模化生产。
第二,生产工艺技术不成熟。
聚乳酸的生产过程相对复杂,需要控制好酸碱度、温度、压力等多个变量。
目前,国内聚乳酸生产的技术水平相对较低,产品的质量和稳定性无法和国外先进水平相媲美,限制了中国聚乳酸产业的发展。
第三,市场竞争激烈。
聚乳酸作为一种可降解的高性能材料,具有广阔的应用前景,吸引了众多企业进入市场。
然而,由于市场竞争激烈,导致产能过剩和价格竞争,使得聚乳酸企业的利润空间受到挤压,难以长期发展。
第四,产品应用领域有限。
目前,中国的聚乳酸主要应用于一次性餐具、包装材料等领域,市场规模相对较小且竞争激烈。
缺乏更多的高附加值应用领域限制了聚乳酸产业的发展,需要探索更多的应用领域,提高产品的附加值和市场竞争力。
第五,政策支持不足。
聚乳酸是一种环保型材料,符合可持续发展的要求,然而国内的政策支持相对不足。
政府在财税政策、产业规划和科技研发等方面都需要加大支持力度,引导企业加大研发投入和技术创新,推动聚乳酸产业的发展。
总之,中国聚乳酸产业的发展面临着原材料供应不足、生产工艺技术不成熟、市场竞争激烈、产品应用领域有限和政策支持不足等难点。
克服
这些难点需要政府加大支持力度,引导企业加大技术研发和创新,推动产业的规模化发展和提高产品的附加值。
姓 名:学 号:10103114117 专业班级:10小教数学生物医用高分子材料——聚乳酸生物医用高分子材料——聚乳酸摘要:聚乳酸由于其突出特点如可降解、生物相容性好且对人无毒等而备受重视,并且在生物医学领域的应用中得到了良好的效果。
本文对聚乳酸的发展史、现状、性能、优缺点及其等做了简介,并对其未来应用前景做了展望。
关键词:聚乳酸;性能;展望聚乳酸在医学领域中的发展史聚乳酸(PLA)是一种具有优良生物相容性和可生物降解的合成高分子材料,它是美国食品和药物管理局(FDA)认可的一类生物医用材料。
20世纪50年代,由丙交酯(LA)开环聚合制得了高分子量的聚乳酸,但由于这类脂肪族聚酯对热和水比较敏感,长时间未引起人们的足够重视。
直到20世纪60年代,科学工作者重新研究PLA对水敏感这一特性时,发现聚乳酸适合作为可降解手术缝合线材料。
1966年,Kulkarni等提出:低分子量的PLA能够在体内降解,最终的代谢产物是CO2和H2O,中间产物乳酸也是体内正常代谢的产物,不会在体内积累,因此PLA 在生物体内降解后不会对生物体产生不良影响。
随后报道了高分子量的PLA也能在人体内降解,由此引发了以这类材料作为生物医用材料的开端。
聚乳酸性能、优缺点PLA的制备以乳酸为原料进行,较为成熟的方法有两种:一种是乳酸直接缩聚法,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。
PLA无毒、无刺激性、具有良好的生物相容性,可生物分解吸收,强度高、不污染环境,可塑性好,易于加工成型。
如:在体内,PLA分解成乳酸,再经酶的代谢生成CO2和H2O,由人体排出,没有发现严重的急性组织反应和毒性反应。
但PLA仍会导致一些温和的无菌性炎症反应。
如颧骨固定术后3年产生了无痛的局部肿块,皮下组织出现了缓慢降解的结晶PLLA颗粒引发的噬菌作用,产生组织反应的真正原因没有定论。
Sugonuma认为PLA降解所产生的碎片是导致迟发性无菌炎症反应的根本原因。
国外聚乳酸发展概况随着世界人口的增长、人类对自然资源的严重开发以及石袖等资源所合成的高分子化合物制品的大量生产、消费、废弃等所引起的环境保护问题口趋严更,人们已经探刻盘识到保护环境的重要性。
为了解决合成树脂和纤维不易被环境分解的问題,人们研究了各种可生物降解的合成树脂和纤维。
而聚乳酸<PLA)就是其中一种研究较多而且性能较好的高分子材料⑴。
这是由于乳酸采用玉米、小麦、黑麦、稻眷、甘應或甜菜等自煤资源为原料,因此聚乳酸作为一种生物原料制品,具有良好的生物降解性、相容性和可吸收性,从原料到废弃物都可以再亡,对实现可持续发展具有极英重安的作用和意义。
自上世纪50年代开始,高分子量的聚乳酸研究发展迅速。
1934年,杜邦的科学家通过纯化丙交酯聚合得到了高分子址的聚乳酸⑺。
Kuikami. Pani K.等人于1966年报道了髙分子蚩的聚乳酸能在人体内降解⑶。
1972年,聚乳酸第一次获得裔业应用,Ethicon公司生产的聚乳战缝合线投入帀场叫70年代末,聚乳酸乂应用于•制药领域,作为药物可控释放系统(drug delivery system.缩弓为DDS)的基材.到20世纪90年代,聚乳酸合成工艺取得了M大窠破:贸国Cargill公司的两步连续生产法和口本的Mhsui Toaisu公司的一步合成法,大大降低了生产成本(叽采用熔融纺丝法生产聚乳酸纤维,冃浒国外正逐渐走向商品化c 1997年.美国Cargill公司和Dow化学公司合资成立了Cargill Dow LLC 公司,专门开发研究玉米纤维,其商品名为“luge。
” .他们采用生物技术由玉米经发酵聚合最后加工成纤维.经过几年努力,在2002年宣称己建成15万吨级聚乳酸工厂。
苴产品受到一些国际知名大公司的重视,可口可乐公司、邓禄普太平洋公司等己将瓦应用于生产杯子、高尔夫球包装及件品包装等冋。
瑞士的Invenia-Fiseher公司在德国建立了年产2.5万吨的PLA生产装置,且在2005年开始生产纤维级的聚乳酸⑺。
对聚乳酸的现状与发展方向的探究 1044213唐浚博 1044207韩智豪 0946321樊羽 1引言 人类在21世纪的最大课题之一是保护环境。自20世纪60年代以来人们开始
研究和开发生物可降解聚合物及其制品,以保护环境.20世纪90年代末刚刚实现工业化的聚乳酸(Poly-lactic Acid,PLA)是其中最有发展前景的一种,它是一种真正的新型绿色高分子材料,也是目前综合性能最出色的环保材料。 2摘要 本文对可降解塑料的现状、评价标准做了简要介绍,并对聚乳酸材料的现状、
发展历程及未来发展方向进行探究,意在通过文献检索,证明聚乳酸材料是今后一段时期内最有潜力的绿色材料之一。其在塑料领域的发展前途无量。 3正文 1 可降解塑料概述
可降解塑料行业发展现状
随着世界各国对环境保护的日益关注,可降解塑料成为各国研究的主要课题,生物降解塑料作为可降解塑料发展的主要方向。欧、美、日等发达国家在生物降解塑料研究开发方面投入了大量的资金,可降解塑料的品种也越来越丰富。 目前,欧洲的超市中已开始大量推广使用淀粉系列和聚乳酸系列可生物降解的购物袋及食品包装袋,每年消费量可达260亿个,意大利利用玉米淀粉生产生物可降解塑料生产能力达万吨/年;美国已有50多家公司生产可降解塑料,其产品已广泛应用于食品包装领域;东欧生物降解包装也保持着高增长率,在2006年821 t的基础上保持%的年均增长率;中国、日本、泰国等亚洲国家也出现了许多公司生产可降解塑料包装,每年产量也都在万吨级别。可见,发展可降解塑料产业的优势不仅仅体现在对自然环境的保护方面,在经济效益方面也有巨大的发展潜力。 生物降解塑料的定义 生物降解塑料是指在自然环境下通过微生物的生命活动能很快降解的高分子材料或者以淀粉等天然物质为基础生产的塑料,大到电视机的支架 电脑框体,小到小摆件、厨房垃圾袋等。按其降解特性可分为完全生物降解塑料和生物破坏性塑料。按其来源则可分为天然高分子材料、微生物合成材料、化学合成材料、掺混型材料等。与烃类聚合物不同。生物聚合物可被微生物破解并用作堆肥。 可降解塑料评价方法 近年来,国内外都在努力寻找一个能被人类所接受的降解塑料的定义及其评价方法。影响比较大的是,欧洲制定的CEN标准,强调包装材料的回收再利用以及堆肥处理;英国标准组织BSi 则强调了包装材料的环境效应,着重于薄膜的氧化降解;其中,被大家所共识且认可程度最高的是美国材料试验协会(American Society for Testing and Materials,ASTM)对降解薄膜所作的定义及评价方法。对可降解塑料的评价可分为两方面,一方面是塑料的基本性能评价,另一方面是塑料的降解性评价。一种好的降解材料应该同时具备耐用性和可降解性。 塑料力学性能评价 塑料的基本性能评价包括:力学性能、抗吸湿性、抗酸碱腐蚀性、抗溶解性、抗氧化性、物理外观(透光性、表面光滑程度)等,均有相应的国家标准 。材料性能的评价最简单也是最常用的方法是塑料的力学性能检测,这类方法可判断材料的强度及耐用性。 塑料降解性能评价 世界上对可生物降解的试验评价已经进行了三十多年,很多国家都提出了一些试验评价方法,同时也制订了一系列标准,我国制定的塑料降解性能国家标准如表1所示。其中ISO 14851、ISO 14852和ISO 14855属于需氧实验法;ISO 14853属于厌氧实验法;GB/T 17603、GB/T 15596属于光解实验法。 表1 降解性能试验国家标准 标准序号标 标准名称
ISO 15462 水质量——用于生物降解能力的试验选择 ISO 1459 水体系培养液中有机组分最终需氧生物降解能力的评价—通过分析密封容 器中无机碳的方法(CO2顶部试验) ISO 14851 水系培养液中需氧条件下塑料材料生物降解能力的测定—通过测定密封容器中氧气消耗量的方法 ISO 14852 水系培养液中需氧条件下塑料材料生物降解能力的测定—通过分析释放的二氧化碳的方法 ISO 14855 可控堆肥条件下塑料最终需氧生物降解能力和崩裂的测定——分析释放的二氧化碳的方法 ISO 14813 水培养液中的厌氧生物降解试验——在无氧环境中测定二氧化碳和甲烷的发生量 GB/T 光解性塑料户外暴露试验方法 17603 GB/T 15596 塑料暴露于玻璃下日光或自然气候或人工光后颜色和性能变化的测定 2 生物降解塑料 降解塑料按照降解机理可大致分为光降解塑料、生物降解塑料和光-生
物双降解塑料。其中,具有完全降解特性的生物降解塑料和具有光-生物双重降解特性的光/生物双降解塑料,是目前主要的研究开发方向和产业发展方向。 光降解塑料由于价格较高,又只能在光照下降解,受地理环境、气候制约性很大,埋地部分不能降解等表现出来的诸多缺点使得光降解最终退出历史舞台,而生物降解所变现出的优良的全降解性能,使得各国开始把研究目光转向生物降解。目前研究开发的生物降解材料有天然高分子材料、微生物合成高分子材料、人工合成高分子材料以及共混性高分子(添加型)材料。天然高分子型是利用淀粉、纤维素、甲壳质、蛋白质等天然高分子材料制备的生物降解材料。 生物合成的完全生物降解塑料是微生物把某些有机物作为食物源,通过生命活动合成的高分子化合物。通过微生物合成而得到的生物降解塑料以聚羟基脂肪酸酯 (PHA) 类为多,其中最常见的有聚 3- 羟基丁酸酯 (PHB)、聚羟基戊酸酯(PHV) 及 PHB 和 PHV 的共聚物 (PHBV)。 3 聚乳酸 聚乳酸的基本性质 聚乳酸(PLA)是以微生物的发酵产物L_乳酸为单体聚合成的一类聚合物,有独特的可生物降解性能、生物相容性能和降解后不会遗留任何环保问题等特点,将成为未来应用发展前景广阔的生态环保材料。 聚乳酸耐水但是不能耐高温。虽然不是水溶性的,但是海洋环境中的微生物也能使之降解成二氧化碳和水。这种塑料类似透明的聚苯乙烯,表现出很好的外观(有光泽和透明度),但它是硬为且脆的材料,在大多数实际应用中需要改性(例如用增塑剂来提高其柔韧性)。它可以和许多热塑性塑料一样被加工成纤维、薄膜,热成型或者注塑成型。 表2 聚乳酸的基本性能 性能 PDLA PLLA PDLLA 溶解性 均可溶于二唖烷、氯仿、二氯甲烷等.PDLLA溶解性最好.不溶于脂肪烃、乙醇、甲醇等 固体结构 结晶性 结晶性 无定形性 熔点/℃ 180 80 — 玻璃化温度/℃ — 58 — 热分解温度/℃ 200 215 185 ~ 200 拉伸率/% 20~30 20~30 — 断裂强度/ ~ ~ — 水解性(37℃的生理盐水中强度减半时间/月) 4~6 4~6 2~3
聚乳酸的性能 聚乳酸(PLA)是一种典型的合成类可完全生物降解材料,由于其具有可靠的生物安全性、生物可降解性、对环境友好、良好的力学性能及易于加工成形等优点,目前已被广泛应用于生物医用高分子、纺织行业、农用地膜和包装等行业。 .1 聚乳酸类生物可降解材料的合成 合成聚乳酸的原料是乳酸,其分子中含有一个手性碳原子,具有旋光性。因此,聚乳酸具有左旋聚乳酸(L-PLA)、右旋聚乳酸(D-PLA)、外消旋聚乳酸(D,L-PLA)和内消旋聚乳酸(meso-PLA)等几种光异构聚合体,其中最常用的是左旋异构聚合体L-PLA。各种异构PLA的合成方法相同,均以乳酸或其衍生物乳酸酯为原料,其具体合成工艺大致可分为间接合成二步法、直接合成法和共聚改性法3种。合成技术的进展主要体现在对具体工艺的改进和完善上。 图1 聚乳酸的合成路线 工业合成方法 聚乳酸的合成方法通常有两种,即丙交酯(乳酸的环状二聚体)的开环聚合和乳酸的直接聚合。 ①丙交酯开环聚合 首先由乳酸经脱水环构化制得丙交酯: 乳酸 丙酯 由丙内酯经开环聚合制得聚丙内酯(即聚乳酸,简称PLA): 丙酯 聚乳酸(PLA) 其生产工序为:第一步将乳酸脱水环化制成丙交酯;第二步将丙交酯开环聚合制得聚乳酸(二步法)。其中乳酸的环化和提纯是制备丙交酯的难点,也是制备聚乳酸的关键。这种方法可制得高分子量的聚乳酸,可以较好地满足成纤聚合物和骨固定材料等的要求,因此是当今生产聚乳酸的主要方法。 ②乳酸直接聚合 乳酸 聚乳酸(PLA) 由精制的乳酸直接进行聚合,是制备聚乳酸最早也是最简单的方法。该法生产工艺简单,但得到的聚合物分子量低,且分子量分布较宽,其加工性能等尚不能满足成纤聚合物的需要;而且聚合反应在高于180℃的条件下进行,得到的聚合物极易氧化着色,使应用受到一定的限制。 聚乳酸的应用 聚乳酸类材料具有很高的附加值,其研究与开发对国民经济的增长和社会的发展具有极其重要的意义。可完全生物降解聚乳酸现已广泛应用于医药、纺织、农业和包装等领域。 药物控制释放体系 用可降解的生物高分子作药物载体长期植入体内后,可以控制药物的释放速度,并实现药物的靶向释放,提高药效。 骨科组织工程材料 PLA是骨组织工程中的优选材料之一,在硬骨组织再生、软骨组织再生、人造皮肤、神经修复等方面均可作为细胞生长载体,并取得了令人满意的结果。 可吸收手术缝合线 聚乳酸类材料用作外科手术缝合线时,由于其具有良好的生物降解性,能在伤口愈合后自动降解并被吸收而无需二次手术。随着伤口的愈合,缝合线缓慢降解。 在其它领域中的应用 PLA在富氧及微生物的作用下会自动分解,并最终生成C02和H20而不污染环境。PLA作为可完全生物降解塑料,越来越受到人们的重视。可将PLA制成农用薄膜、纸代用品、纸张塑膜、包装薄膜、食品容器、生活垃圾袋、农药化肥缓释材料、化妆品的添加成分等。 随着 PLA 等可生物降解塑料材料的应运而生,在原有聚乙烯等传统不可