新合成工艺下有关聚乳酸的合成、生产、加工及应用发展综述

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1、聚乳酸的合成、生产、加工及应用发展综述摘要：综述了在目前面临石油危机情况下，聚乳酸作为一种可生物降解的高分子聚合物，在当今社会的发展现状及其前景。阐述了聚乳酸的直接合成法、聚合法、改性合成及新型合成工艺。关键词：聚乳酸，合成，改性，应用一、前言聚乳酸(PLA)，也称聚丙交酯，是以玉米等富含淀粉的农作物为原料，经过现代生物技术合成乳酸，再经过特殊的聚合反应过程生成的高分子材料。聚乳酸具有完全可降解性，埋入土壤中6-12个月即可发生降解，聚乳酸制品在使用后可降解成二氧化碳和水。因此，聚乳酸是一种真正意义上的能完全降解

2、的生物环保材料，被视为继金属材料、无机材料、高分子材料之后的“第四类新材料”。由于聚乳酸树脂具有环境保护、循环经济、节约化石类资源、促进石化产业持续发展等多重效果，是近年来开发研究最活跃、发展最快的生物可降解材料，也是目前唯一一种在成本和性能上可与石油基塑料相竞争的植物基塑料[1]二、聚乳酸（PLA）公开的相关专利聚乳酸使用后可完全降解，不会对环境造成污染，使之技术开发成为当前研究的热点，从近几年聚乳酸相关专利的申请就可见端倪。1997年至2010年国内聚乳酸专利申请总数呈增长趋势，其中2008年数量达到最多，聚

3、乳酸专利申请数跃居生物降解塑料领域榜首，约占各类生物降解塑料申请总量的38％。[2]国内申请人公开的聚乳酸相关专利领域分布技术领域医用制备包装纤维专利件数341621目前中国申请人公开的聚乳酸相关专利，技术领域分布于医用、制备、包装和纤维等，其中主要为医用和制备。国外申请人公开的聚乳酸相关专利领域分布技术领域包装医用制备纤维树脂组合物食品其它专利件数1110107712上表数据表明，国外申请人的聚乳酸相关专利申请涉及的领域较多，而且分布较为平均。三、我国聚乳酸产业发展现状解析3.1生产工艺聚乳酸的生产过程如下：①

4、先将富含淀粉的农作物转化成葡萄糖溶液；②将葡萄糖溶液经过特殊的发酵过程(以生物酶为催化剂)转化成乳酸；③经过提纯和浓缩的乳酸采用直接聚合(一步法)或乳酸脱水环化制成环状二乳酸(丙交酯)，环状二乳酸再开环聚合(二步法)的方法得到聚乳酸，见图1(略)和图2(略)。此外，丙交酯也可以和其他单体如乙交酯(GA)、乙酸内酯(E-CL)、乙二醇(EG)等共聚得到改性聚乳酸。在聚乳酸生产中，生物技术主要体现在乳酸单体生产上，而由乳酸单体生产乳酸聚合物是常规的聚合物合成技术。生物法由植物性原料生产乳酸的关键问题是开发高效、低成本

5、酶催化剂。聚乳酸的合成主要有两种方法：①乳酸直接缩聚法。在真空下乳酸脱水缩聚直接得到聚乳酸，该法简单，但得到的聚合物分子量较小，一般小于5000。直接缩聚法的主要特点是合成的聚乳酸不含催化剂，但反应条件相对苛刻，近几年来通过技术创新与改进，直接聚合法取得了一定的进展，但目前在工业上还少有应用。②二步法，也叫非溶剂法或丙交酯开环聚合法。乳酸先脱水环化生成环状二乳酸，再开环缩聚得到聚乳酸，该法可得到分子量较高的聚乳酸，是目前国内外应用较多的生产方法。二步法生产聚乳酸关键技术包括：催化剂和引发剂选择、丙交酯提纯等。3.

6、2生产能力20世纪90年代末以来，世界生物聚合物取得了较大发展，已开发于多种基于不同原料的生物聚合物，如淀粉聚合物及配混物、纤维素聚合物、聚乳酸酯类聚合物、脂肪族-芳香族共聚酯等，并且新的产品和新的生产技术不断涌现。目前，世界生物聚合物生产能力已达30余万吨/年，聚乳酸是其中的佼佼者，产能占各类生物聚合物总产能的2/3左右。目前，世界聚乳酸生产能力约20-25万吨/年，主要生产厂家包括CargillDow公司、Novamon公司、三井化学公司、丰田公司、Hycail公司、UhdeInventaFischer公司等

7、。CargillDow公司是目前最大的聚乳酸生产商，这一地位将维持至2010年。丰田、Hy-cail等公司计划增加产能，2010年将成为重要的聚乳酸树脂生产商。此外，壳牌、BP和拜耳等公司正在研究或重新考虑利用生物原料生产聚合物和大宗化工产品，也具有成为这一市场新竞争者的潜力。目前，我国已建成的聚乳酸装置只有几百吨，但在未来2-3年内我国聚乳酸产能将会取得较大发展，将会有万吨级装置建成。目前，由于聚乳酸正处于工业化起步阶段，未来5年内产能发展很大程度上取决于市场的发展。乐观的预测认为2010年世界聚乳酸产能将达到

8、110万吨/年以上，比较保守的预测认为将达到55万吨/年左右。3.3性能和市场（1）聚乳酸具有的可降解和环保的特性是该材料最重要的优势：聚乳酸有良好的生物相容性和可生物降解性，能被酸、碱、生物酶、微生物等降解；聚乳酸制品使用后能被自然界中微生物完全降解，用它制成的各种制品在土壤中掩埋3-6个月破碎，在微生物分解酶作用下，6-12个月变成乳酸，最终变成二氧化碳和水，不污染环