聚乳酸(PLA)的研究进展.ppt

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1、聚乳酸全生物降解材料的研究进展主讲人：魏苗苗2013年5月25日目录一、前言二、聚乳酸的概述三、聚乳酸的改性四、聚乳酸的成型加工五、结束语一、前言从1935年杜邦公司成功地合成出尼龙66至现在，短短的70多年时间，高分子材料已经渗透到国民经济各个部门和人们生活的各个方面。然而与此同时石油资源大量消耗，塑料垃圾与日俱增，造成了不可忽视的能源危机和环境污染。为此，各国政府制定相应的政策，加大投入，研究开发废塑料处理的各种技术，其中发展可生物降解高分子和循环回收再生利用技术是两条主要途径。生物降解高分子中既有热塑性淀粉、聚

2、乳酸（PLA)等生物基高分子，又有以石化资源为原料合成的高分子，如聚己内酯（PCL）等。以市场规模统计，生物基高分子大约占生物降解高分子的80%~90%。其中，根据来源不同，生物降解高分子可分为三种：微生物合成生物降解高分子、天然物合成生物降解高分子和化学合成生物降解高分子。二、聚乳酸的概述聚乳酸是一种新型的、对环境友好且性能优良的高分子材料。它所用的原料是天然产物乳酸(酸奶的主要成分)，可以由玉米或薯类经加工成淀粉并经发酵，大批量廉价制得。而聚乳酸本身又无毒、无刺激性，还具有很好的生物相容性和人体体内可吸收性，它在

3、环境中能被微生物或在酸碱性水溶液介质中被降解为乳酸并最终被完全分解成二氧化碳和水，对环境不造成任何的污染与危害。PLA能够同普通高分子一样进行各种成型加工，如挤出、流延制膜、吹膜、注塑、吹瓶、纤维成型等。制备的各种薄膜、片材、纤维经过热成型、纺丝等二次加工后得到的产品可以广泛应用在服装、纺织、无纺布、包装、农业、林业、土木建筑、医疗卫生用品、日常生活用品等领域。PLA制品使用后的回收方式有有机资源回收（堆肥化）、物理回收、掩埋、热回收（焚烧）或化学回收等多种。（一）聚乳酸的发展历史1、Pelouze首先发现了乳酸线性

4、二聚体——乳酰乳酸的形成；2、Nef证实乳酸在低压和高温下发生脱水反应可形成3~7聚合度的低聚物。3、Carothers等提出使用乳酸二聚物聚合的二部法，合成出高分子量的PLA。4、20世纪60年代后期，研究者开始研究PLA及其共聚物在生物医学方面的运用，如手术缝合线。5、DeSantis等分析了等规的PLLA（聚L-乳酸)和它们的共聚物在制药学上的运用，如作为药物释放系统的基材等。7、1986年，Battelle公司和杜邦公司各自开始了把PLA作为日用塑料应用的生产和加工技术的研究。8、2005年1月，目前世界上最

5、大的PLA生产公司NatureworksLLC，拥有11~12种不同等级的PLA，适用于吹膜、双轴取向膜、热膜、注塑成型、瓶子及纤维等不同用途。9、Natureworks公司的PLA纤维2004年开始进入我国市场，非纤维用途的PLA树脂2005年2月进入我国市场。我国目前工业用聚乳酸的制备主要处于在实验室及中试研究生产阶段。（二）聚乳酸的合成与性质1、聚乳酸的合成方法以含糖类的生物质材料为原料，提取淀粉，糖化、发酵得到乳酸，再聚合成PLA；以家庭生产的垃圾为原料，从垃圾中含有的糖类发酵得到乳酸，再聚合成PLA；以农作

6、物、树木的根茎叶等废弃的生物质材料为原料，提取纤维素，（通过盐酸、硫酸、磷酸等酸解）糖化、发酵得到乳酸，再聚合成PLA。2、乳酸的制备乳酸（2-羟基丙酸）可由化学途径或生物途径生产。乳酸分子中有一个不对称碳原子，具有旋光性，因此有两种旋光异构体，命名为L、S或（+）乳酸（左旋的），以及D、R或（—)乳酸(右旋的）。化学合成法只能制备L-乳酸和D-乳酸的混合物或外消旋乳酸，记作DL-乳酸。因此PLA也存在聚-D-乳酸（PDLA)，聚-L-乳酸（PLLA)和聚-L,D-乳酸（PDLLA）等几种旋光异构体。微生物发酵法可以

7、制备光学纯L-乳酸或D-乳酸，并且以再生资源为原料，是乳酸生产的主要方法。糖化发酵乳酸的提取和纯化3、聚乳酸的合成直接缩聚法通过直接缩聚很难获得高分子量的聚酯，因此需要共沸蒸馏、扩链反应、酯化促进剂和交联剂用于羧酸的缩合。优点：原料来源充足，大大降低了成本，有利于聚乳酸材料的普及；流程短、产率高。缺点：后期聚合过程中从粘稠熔融状态中除去水很困难，因此限制了最终产物的相对分子质量在10000~20000之间；需要较大的反应器及蒸发设备，溶剂需要回收、反应温度过高导致产物带色以及消旋化等问题。丙交酯开环聚合第一步是乳酸经

8、脱水环化制得丙交酯。第二步是丙交酯经开环聚合制得聚丙交酯。优点：可以使用纯度不高的乳酸为原料，并且得到的是高分子量的PLA。缺点：提纯丙交酯工艺复杂，技术要求高，设备投资大，产品成本高。4、聚乳酸的性质（三）聚乳酸的降解PLA在高温和应力作用下成型时，PLA大分子由于受热和应力作用或在高温下受微量水分、酸、碱等杂质及空气中氧的作用而发生分子量降