聚乳酸是以乳酸为主要原料聚合得到的聚合物,是一种新型的生物降解材料。聚乳酸也称为聚丙交酯,属于聚酯家族。
中文名
聚乳酸
外文名
polylactide,polylacticacid,PLA
中文别名
聚丙交酯
弯曲模量
100-150MPa
CASNO.
26100-51-6
拉伸强度
40-60MPa
断裂伸长率
4-10%
弹性模量
3000-4000MPa
分子式
(C3H4O2)n
简介
聚乳酸(H-[OCHCH3CO]n-OH)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,光华伟业开发的聚乳酸(PLA)还具有一定的抗菌性、阻燃性和抗紫外性,用途十分广泛,可用作包装材料、纤维和非织造物等,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。
优点
聚乳酸的优点主要有以下几方面:
⑴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完全降解,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。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。
⑵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。
⑶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。
⑷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。
⑸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。
⑹聚乳酸(PLA)具有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,与广泛使用的聚合物有类似的成形条件,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。
⑺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,聚乳酸是具有优良抑菌及抗霉特性的生物可降解塑料。
⑻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,焚化聚乳酸不会释放出氮化物、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。
方法流程
聚乳酸生产是以乳酸为原料,传统的乳酸发酵大多用淀粉质原料,目前美、法、日等已开发利用农副产品为原料发酵生产乳酸,进而生产聚乳酸。
聚乳酸的合成路线
由乳酸制聚乳酸生产工艺有:[1]
方法
⑴直接缩聚法
缩聚法就是把乳酸单体进行直接缩合,也称一步聚合法。在脱水剂的存在下,乳酸分子中的羟基和羧基受热脱水,直接缩聚合成低聚物。加入催化剂,继续升温,低相对分子质量的聚乳酸聚合成更高相对分子量的聚乳酸。
⑵二步法
使乳酸生成环状二聚体丙交酯,再开环缩聚成聚乳酸。这一技术较为成熟,美国NatureWorks公司生产聚乳酸工艺的工艺即为该工艺。中国的海正与中科院共同研制的聚乳酸生产技术也与此相似,主要过程是原料经微生物发酵制得乳酸后,再经过精制、脱水低聚、高温裂解后聚合成聚乳酸。
⑶反应挤出制备高分子量聚乳酸
用间歇式搅拌反应器和双螺杆挤出机组合,进行连续的熔融聚合实验,可获得由乳酸通过连续熔融缩聚制得的分子量达150000的聚乳酸。利用双螺杆挤出机将低摩尔质量的乳酸预聚物在挤出机上缩聚,制备出较高摩尔质量的聚乳酸。在反应温度为150℃、催化剂用量为0.5%、螺杆转速为75r/min时可通过双螺杆反应挤出缩聚法快速有效地提高聚乳酸的摩尔质量,反应挤出产物分散系数减小,均匀性变好。通过DSC曲线的比较发现,通过反应挤出缩聚法制得的聚乳酸的结晶度有所降低,这对改善聚乳酸材料在使用过程中表现出较大的脆性是有益的。
流程
1)取材
将玉米等壳类作物碾碎后,从中提取淀粉,将淀粉制成未精化的葡萄糖。很多高技术已克服减去了碾碎的过程,直接从大量的农作物中提取原料。
2)发酵
以类似生产啤酒或酒精的方式来发酵葡萄糖,而葡萄糖发酵后变成类似于食物添加用于人体肌肉组织内中的乳酸。
3)中间型产物
将乳酸单体以特殊的浓缩制程,转变成中间型产物——减水乳酸,即丙交酯。
4)聚合
丙交酯单体经过真空净化后,再以一种不使用溶剂的溶解制程来完成开环的动作,使单体聚合。
5)聚合物修饰
由于聚合物的分子量与结晶度的不同,可使材料特性的变化空间很大,因不同应用的产品,将PLA做不同的修饰