图解聚乳酸(1)聚乳酸的一步法聚合

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。

I 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。

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。

聚乳酸的优点主要有以下几方面： （1）聚乳酸（PLA）是一种新型的生物降解材料，使用可再生的植物资源（如玉米）所提出的淀粉原料制成。淀粉原料经由发酵过程制成乳酸，再通过化学合成转换成聚乳酸。其具有良好的生物可降解性，使用后能被自然界中微生物完全降解，最终生成二氧化碳和水，不污染环境，这对保护环境非常有利，是公认的环境友好材料。关爱地球，你我有责。世界二氧化碳排放量据新闻报道在2030年全球温度将升至60℃，普通塑料的处理方法依然是焚烧火化，造成大量温室气体排入空气中，而聚乳酸塑料则是掩埋在土壤里降解，产生的二氧化碳直接进入土壤有机质或被植物吸收，不会排入空气中，不会造成温室效应。 （2）机械性能及物理性能良好。聚乳酸适用于吹塑、热塑等各种加工方法，加工方便，应用十分广泛。可用于加工从工业到民用的各种塑料制品、包装食品、快餐饭盒、无纺布、工业及民用布。进而加工成农用织物、保健织物、抹布、卫生用品、室外防紫外线织物、帐篷布、地垫面等等，市场前景十分看好。 （3）相容性与可降解性良好。聚乳酸在医药领域应用也非常广泛，如可生产一次性输液用具、免拆型手术缝合线等，低分子聚乳酸作药物缓释包装剂等。 （4）聚乳酸（PLA）除了有生物可降解塑料的基本的特性外，还具备有自己独特的特性。传统生物可降解塑料的强度、透明度及对气候变化的抵抗能力皆不如一般的塑料。 （5） 聚乳酸（PLA）和石化合成塑料的基本物性类似，也就是说，它可以广泛地用来制造各种应用产品。聚乳酸也拥有良好的光泽性和透明度，和利用聚苯乙烯所制的薄膜相当，是其它生物可降解产品无法提供的。 （6）聚乳酸（PLA）具有最良好的抗拉强度及延展度，聚乳酸也可以各种普通加工方式生产，例如：熔化挤出成型，射出成型，吹膜成型，发泡成型及真空成型，与目前广泛所使用的聚合物有类似的成形条件，此外它也具有与传统薄膜相同的印刷性能。如此，聚乳酸就可以应各不同业界的需求，制成各式各样的应用产品。 （7）聚乳酸（PLA）薄膜具有良好的透气性、透氧性及透二氧二碳性，它也具有隔离气味的特性。病毒及霉菌易依附在生物可降解塑料的表面，故有安全及卫生的疑虑，然而，聚乳酸是唯一具有优良抑菌及抗霉特性的生物可降解塑料。 （8）当焚化聚乳酸（PLA）时，其燃烧热值与焚化纸类相同，是焚化传统塑料（如聚乙烯）的一半，而且焚化聚乳酸绝对不会释放出氮化物、硫化物等有毒气体。 人体也含有以单体形态存在的乳酸，这就表示了这种分解性产品具有的安全性。

丙交酯合成聚乳酸化学方程式

丙交酯合成聚乳酸是一种重要的化学反应过程，通过这种方法可以合成具有广泛应用价值的聚乳酸。本文将详细介绍丙交酯合成聚乳酸的化学方程式，并提供相关实验操作和指导意义。

首先，让我们一起来了解丙交酯和聚乳酸的化学结构。丙交酯是由丙二醇和乙酸反应得到的酯类化合物，分子式为C6H10O3。聚乳酸是由乳酸分子通过酯键连接而成的高分子化合物，分子式为(C3H4O2)n，其中n代表了聚合度，即聚乳酸的链长。

在丙交酯合成聚乳酸的化学反应中，一种常用的催化剂是无钴聚酸催化剂。这种催化剂可以有效地促进聚合反应的进行，提高聚乳酸的收率和分子量。具体的合成步骤如下：

1. 将适量丙交酯和无钴聚酸催化剂加入反应釜中，并控制反应温度在150-175摄氏度范围内。

2. 在反应过程中，丙交酯会发生开环聚合反应，生成聚乳酸链。

3. 聚合反应进行一段时间后，停止加热，将反应混合物冷却至室温。

4. 将得到的聚乳酸产品用溶剂进行萃取、过滤和洗涤等处理步骤，去除掉残留的催化剂和杂质。

5. 最后，通过溶剂蒸发等方法，得到纯净的聚乳酸产物。 丙交酯合成聚乳酸的过程中，催化剂的选择和反应条件的控制非常重要。无钴聚酸催化剂具有高活性和良好的选择性，可以有效地促进聚乳酸的合成反应。同时，适当的反应温度也是确保聚乳酸产品质量的关键因素。

除此之外，丙交酯合成聚乳酸的反应过程还涉及到溶剂的选择、操作环境的控制等方面。合适的溶剂可以提高反应的效率和产物的纯度，而良好的操作环境则可以降低操作风险和环境污染。

总之，丙交酯合成聚乳酸是一项具有广泛应用前景的化学反应过程。通过合适的催化剂选择和反应条件控制，可以实现高效、高产的聚乳酸合成。这对于聚乳酸的生产和应用具有重要的指导意义，也为绿色可持续发展提供了新的途径。

丰原聚乳酸生产工艺

丰原聚乳酸（Polylactic Acid, PLA）是一种生物可降解的聚合物，具有广泛的应用前景。本文将介绍丰原聚乳酸的生产工艺，包括原料准备、聚合反应、纯化和后续加工等环节。

丰原聚乳酸的生产需要准备适当的原料。常用的原料包括乳酸和催化剂。乳酸可以通过发酵、化学合成或生物合成等方法获得。催化剂的选择对聚乳酸的性能和产率有重要影响，常用的催化剂有锡催化剂、锌催化剂等。

接下来是聚合反应。聚乳酸的聚合反应可以通过环状乳酸分子的开环聚合或直接聚合得到。开环聚合方法包括热开环聚合和溶剂开环聚合，而直接聚合方法则是通过催化剂的作用，将乳酸分子直接聚合成聚乳酸。聚合反应的条件需要控制得当，包括温度、压力、催化剂用量等。

完成聚合反应后，需要对产物进行纯化。纯化的目的是去除杂质，提高聚乳酸的纯度。常用的纯化方法包括溶剂沉淀、萃取、蒸馏等。其中，溶剂沉淀是一种常用的方法，通过选择合适的溶剂将聚乳酸溶解，然后通过沉淀、过滤等步骤得到纯净的聚乳酸。

最后是后续加工。聚乳酸可以通过挤出、注塑、吹塑等方法进行加工，制成各种形状的制品，如薄膜、纤维、容器等。在加工过程中，需要控制温度、压力等参数，以确保产品的质量。

丰原聚乳酸的生产工艺具有一定的优势。首先，丰原聚乳酸是从可再生资源中获得的，具有较低的环境影响。其次，丰原聚乳酸具有良好的生物相容性和可降解性，可以广泛应用于医药、食品包装、纺织品等领域。此外，丰原聚乳酸的物理性能可以通过改变聚合条件和添加其他添加剂进行调整，具有一定的可塑性。

丰原聚乳酸的生产工艺包括原料准备、聚合反应、纯化和后续加工等环节。通过合理控制各个环节的条件，可以获得高质量的丰原聚乳酸产品。丰原聚乳酸的生产具有环保、可降解等优势，有望在各个领域得到广泛应用。