生物降解型塑料-聚乳酸(pla)

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1、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

2、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

3、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

4、的绿色高分子材料。下图为聚乳酸在自然界中的循环过程。淀粉发酵乳酸聚合聚乳酸成型聚乳酸制品植物(玉米等)使用废弃物光合作用二氧化碳和水乳酸及低聚物酶及水解代谢加工3、聚乳酸的制备目前聚乳酸的化学合成方法包括丙交酯开环聚合法（也称两步法）和乳酸直接缩聚法（也称一步法）两种。其中丙交酯开环聚合法设备简单，可得到大分子量的聚乳酸，缺点是成本较高，整个工艺复杂，路线长；乳酸直接缩聚法原料乳酸来源充足，价格便宜，单体转化率较高，工艺简单，不需要经过中间体的纯化，因而成本较低，缺陷是较难得到高分子量的聚合物。[3]2、应用现状包装、纤维和医用是聚乳酸

5、市场应用的三大热门领域，在包装市场上，其消费量约占聚乳酸总消费量的70%；中长期内，纤维和纺织品所占比例将提高到50%，成为聚乳酸最大的消费市场；医用领域的聚乳酸用量相对较小，但门槛较高，利润也更高。[4]在这篇报告里，我们主要介绍聚乳酸在包装材料中的运用。4.1聚乳酸薄膜　完全环保型降解塑料是指原材料来源于可再生性物质，既具有传统塑料的功能和特性，又可在土壤和水中的微生物作用，以及通过阳光中紫外线的作用下，在自然环境中分裂降解和还原，最终变成二氧化碳和水，以无毒形式重新进入生态环境中，故又被称为“绿色塑料”。目前，生物降解塑料中聚乳酸

6、、琥珀酸共聚物及改性淀粉塑料已上市供应，但因价格较高(比通用塑料高出3～8倍)，尚未普及推广使用，仅限于用在难于回收或回收费用过高的场合如骨钉、手术缝合线、人工器官、医药缓释材料。　根据美国预测，以玉米作原料生产的生物降解塑料价格将在2007年下降到普通聚烯烃的价格。因此，再过2～3年时间，完全生物降解塑料将得到广泛应用，其中聚乳酸的发展应用将是今后的一个重要种类。4.2聚乳酸包装膜2004年4月，美国collegefarm牌糖果采用了以生物降解树脂聚乳酸(pla)natureworks天然材料包装薄膜。这种薄膜外观和性能与传统糖果包装

7、膜(玻璃纸或双向拉伸聚丙烯膜)相同，具有结晶透明性、极好的扭结保持性、可印刷性和强度，并且阻隔性较高，能更好地保留糖果的香味。目前该公司高速扭结包装设备中已有一套采用planatureworks薄膜，生产能力为每分钟包装1300块糖果。德国一公司采用聚乳酸作原料成功地开发出具有快速自然分解功能的绿色食品杯，为解决以往一次性塑料包装物降解难题，开辟了一条实用化的新路子。该公司开发成功的这种可降解材料，属于聚酯类聚合物，乳酸可以从甜菜发酵的糖液中提取，进行开环聚合反应，生成聚乳酸。日本政府在2002年12月出台了“生物工程战略大纲”等，提出

8、要用生物原料代替化石原料的能源或制品，以防止地球变暖。消费者环保意识的提高也促进了企业充分利用植物原料制成的塑料。4.3聚乳酸一次性餐具　在聚乳酸产能和消耗量都不断扩张的同时，聚乳酸的应用日益走向成熟。20