新型绿色生物可降解高分子材料——聚乳酸

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1、万方数据第29卷第2期2009年3月高师理科学刊J伽m10fscierlce0f’I‰he惜’CouegeandUrIiV∞时V01．29N02M盯．2009新型绿色生物可降解高分子材料——聚乳酸杨秀英1，封禄田2，王晓波2，张德庆1，高志博2(I．齐齐哈尔大学化学与化学工程学院．黑龙江齐齐哈尔16IO嘶；2沈阳化工学院应用化学学院，辽宁沈阳llOl42)摘要：论述了聚乳酸的基本性质、合成方法、应用及展望，指出了聚乳酸是一种新型绿色环保可生物降解的高分子材料．关键词：绿色高分子；聚乳酸；生物可降解高分子材料中图分类号：0636文献标识码：A人类在21世纪的最大课题之一

2、是保护环境．橡胶、塑料和合成纤维虽然与人类的生活密切相关，但大多不能自然分解，其废弃物会造成白色污染．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—l们ticAeid，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I“．1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，具体性能忙】见表1．由于具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

3、生态环保材料．聚乳酸的分子量对降解性能有重要的影响．在相同降解时间和降解环境下，分子量高的降解速率比分子量低的慢．这是因为随着聚合物分子量的提高，聚合物分子间的作用力增大、结晶度增高，且分子量低的聚合物末端羧基的数目较多，更容易发生水解．PDLLA的降解速率比PuA的快．就是由于PLLA为结晶性聚合物，而PDuA为无定型聚合物．无定型聚合物的结构疏松，水的渗透快，可以由外到里同时水解口1．表1聚乳酸的基本性能性能PDLAPLLAPDI。I．A溶解性均可溶于二嚼烷、氯仿、二氯甲烷等．PDuA溶解性最好．不溶于脂肪烃、乙醇、甲醇等固体结构结晶性无定形性熔点，℃l帅舳一玻璃

4、化温度，℃一58一热分解温度，℃2∞215l髓一瑚拉伸率，％20一30一断裂强度憧·一4．O一5．o5．O一6．O一查篓竺!翟蔓竺墨等水中4—64．62。3的强度减半时间，月)。。’。。。2聚乳酸的合成方法目前合成聚乳酸(PLA)的方法主要分为直接缩聚法和间接法(即丙交酯开环聚合、扩链反应等)即4．2．1直接缩聚收稿日期：2008一lo-lO基金项目：黑龙江省教育厅科学研究基金项目资助(11521311)作者简介：杨秀英(1962一)，女。山东聊城人，副教授．主要从事高分子材料的合成、测试与改性研究．E—rnail：yal够y032l@qq．cⅫ万方数据第2期杨秀英。

5、等：新型绿色生物可降懈高分子材料——聚乳酸85乳酸的直接缩聚由于存在着乳酸、水、聚酯及丙交酯的平衡，不易得到高分子量的聚合物．但是乳酸的来源充足，价格便宜，所以直接法合成聚乳酸比较经济合算．研究表明，延长聚合时间，适当提高反应温度，采用高真空度可以有效降低体系水分含量，从而提高聚合物分子量．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，加人催化剂，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．它主要有溶液缩聚法、熔融缩聚(本体聚合)法、熔融一固相缩聚法和反应挤出聚合法等．2．1．1溶液缩聚法采用一种高沸点的溶剂和乳酸、水进行共沸

6、，高沸点溶剂脱水后再回流到溶液中，将反应中的水带出反应体系，促进反应正向进行，合成聚乳酸．该方法虽然可以合成高分子量的聚乳酸，但是高沸点溶剂的引人使产物的最后纯化比较困难，成本仍然较高．2．1．2熔融缩聚法该方法工艺路线简单，操作简单，要求高真空或者氮气保护．但是产物的分子量不高，主要是因为反应后期体系的粘度较大，小分子水难以除去，因此有待于进一步完善．2000年日本学者合成M。超过10万的PuA熔融聚合比溶液聚合操作简单，免去了高沸点溶剂的提纯，是减少辅助剂使用的最佳方法．它有利于降低成本、提高安全性、提高产率、缩短反应时间，是绿色化学的重要研究方向之—j

7、脚．2．

8、1．3熔融固相缩聚在聚合温度低于预聚物的熔点，而高于其玻璃化转变温度下进行的一种聚合方法．当熔融聚合产物继续进行固相缩聚时，随结晶度的不断提高，这些低分子物质以及大分子的端基聚集在无定型区，可发生酯化反应而相互连接，有利于反应向生成聚乳酸的方向进行，使分子链增长，这些加长的分子链在晶区边缘结晶，使得聚合物结晶度增加，限制副反应的发生，促进残留单体的转化率．目前关于这方面的报道较少。赵耀明等以熔融聚合制得的M．为5000的聚乳酸为原料进行变温固相聚合，将其分子量提高到反应前的5．3倍■2．1．4微波辐射熔融缩聚法目前，化学研究中通常采用2450MHz的