聚乳酸PLA简介

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。下图为聚乳酸在自然界中的循环过程。

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。

聚乳酸PLA的基本性质介绍

聚乳酸PLA 的基本性质与改性研究 1.1 物理性质[1,9] ⽆定形 PLA 的密度为 1.248g/cm3，结晶 PLLA 的密度为1.290g/cm 3 ,因此 PLA 的密 度⼀般在两者之间。PLA 为浅黄⾊或透明的物质，玻璃化温度约为 55、熔点约 175， 不溶于

⽔、⼄醇、甲醇等，易⽔解成乳酸[6]。

聚合物有三种⽴体构型：右旋 PLA(PDLA)、左旋 PLA(PLLA)、内消旋 PLA(PDLLA)。右旋 PLA 和左旋 PLA 是两种 具有

光学活性的有规⽴构聚合物，⽐旋光度分别为+157、-157。在熔融和溶液条件 下均可形成结晶，结晶度⾼达 60％左右。内消

旋 PLA 是⽆定形⾮结晶材料，Tg 为 58， 由于内消旋结构打乱了分⼦链的规整度，⽆法结晶因此不存在熔融温度。纯的 PLA

为 乳⽩⾊半透明粒⼦，PLA 经双向拉伸加⼯可具有良好的表⾯光泽性、透明性、⾼刚性、 抗油和耐润滑侵蚀性。

结晶性对 PLA 材料⼒学性能和降解性能(包括⼒学强度衰减、降解速率)的影响很⼤， PLA性脆、冲击强度差，特别是⽆

定形⾮晶态的PDLLA⼒学强度明显低于晶态的PLLA， ⽤特殊增强⼯艺制备的 Φ3.2mmPLLA，PDLLA 棒材的最⼤弯曲强度分

别是 270MPa 和 140 MPa，PLLA 弯曲强度⼏乎是 PDLLA 的 2 倍。结晶也使降解速度变慢，研究称 PDLLA 材料在盐⽔中降

解时，分⼦量半衰期⼀般为 3 ⾄ 10 周，⽽ PLLA 由于结晶存在⾄少为 20 周。随分⼦量增⼤，PLA 的⼒学强度也会随之提

⾼，如 PLA 要想作为可使⽤的材料 其分⼦量⾄少要达到 10 万左右。PLA 材料的另⼀个突出优点是加⼯途径⼴泛，如挤出、

纺丝、双轴拉伸等。在加⼯过程中分⼦取向不仅会⼤⼤增加其⼒学强度。

聚乳酸pla生产工艺

一、 PLA生产工艺简介

为了推动可持续发展，PLA生产工艺日益受到关注。PLA，全称聚乳酸，是一种可生物降解的聚合物，可以通过发酵或化学合成获得。在可持续发展向导下，PLA具有广泛的应用范围，如食品包装、纺织品、医疗设备等领域，具有可降解性、可再生性和高生物相容性等优点。

二、 发酵法生产PLA

发酵法生产PLA，是将淀粉等发酵物质在发酵菌的作用下转化为乳酸，再将乳酸进行聚合化学反应。PLA生产工艺分为三个阶段，分别是发酵、提纯和聚合。其中，发酵是关键步骤。发酵生产PLA的主要步骤如下：

1.材料准备：将原料淀粉和营养物质混合，并进行消毒和调整pH值，以适应乳酸菌生长的环境。

2.发酵过程：将混合物加入发酵罐中，并加入乳酸菌菌种。在适当的温度、压力和氧气供应下，乳酸菌进行代谢过程，产生乳酸。

3.提纯过程：通过蒸馏和离子交换等方式，将乳酸分离提纯。

4.聚合过程：将分离出的乳酸经过酯化反应，形成PLA聚合物。

三、 化学法生产PLA

化学法生产PLA，是通过将乳酸和其它单体进行聚合化学反应的过程，产生PLA聚合物。化学法生产PLA的主要步骤如下：

1.材料准备：将乳酸和混合单体混合。常用的混合物质为DL-乳酸和乙二醇等。

2.聚合过程：加入催化剂，通过酯化、缩聚等反应，形成PLA聚合物。

3.粗提过程：将反应混合物进行蒸馏、溶剂萃取等步骤，得到PLA聚合物的溶液或粉末。

4.精制过程：通过洗涤、过滤等过程，去除混杂物质，得到高纯度的PLA聚合物。

四、 PLA生产工艺的优势与局限

PLA具有可生物降解、可再生和生物相容性好等优势，使其在一些特定的应用领域拥有广泛的应用前景。PLA生产工艺可以通过利用可再生材料、绿色生产技术和节能技术等手段，实现对环境和人类健康的保护。

但是，PLA的生产工艺中，发酵法生产PLA所需的食用淀粉、玉米等原料会导致食品、饲料供给不足，而化学法生产PLA的过程中，使用的碳酸一氧化物等化学原料则存在环境风险。