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查看: 234 作者(zhe): 網站(zhan)編輯器 發布時間: 2020-07-18 起源(yuan): 現場

PLA(聚乳酸簡稱)

聚乳酸(PLA)是一種新型的(de)生物基及可再生生物降解材料(liao),使用可再生的(de)植物資源(yuan)(如(ru)玉米、木薯等)所提出的(de)澱(dian)粉原料(liao)制成。澱(dian)粉原料(liao)經由糖化(hua)得(de)到葡(pu)萄糖,再由葡(pu)萄糖及一定的(de)菌種發酵制成高純度的(de)乳酸,再通過化(hua)學合成方(fang)法合成一定分子量(liang)的(de)聚乳酸。其具有良(liang)好的(de)生物可降解性,使用後能(neng)被自然界中微生物在特定條件下(xia)完(wan)全降解,最終生成二氧化(hua)碳和水,不污染環境,這對保護環境非常有利(li),是公認xi)de)環境友(you)好材料(liao)
中文名(ming)
聚乳酸
英文名(ming)
polylactic acid
別(bie)    稱
polylactide;PLA
化(hua)學式
(C3H4O2)n
CAS登錄(lu)號
22020-07-18
熔    點(dian)
155-185°C
密(mi)    度
1.20-1.30 kg/L
PLA是聚乳酸的(de)英文簡寫(xie),全寫(xie)為︰polylactic acid
聚乳酸也(ye)稱為聚丙交酯(polylactide),屬于聚酯家族。聚乳酸是以乳酸為主要原料(liao)聚合xi)玫降de)聚合物,原料(liao)來源(yuan)充分而(er)且可以再生,主要以za)衩住 臼淼任  liao)。聚乳酸的(de)生產過程(cheng)無污染,而(er)且ye)房梢隕鎝到猓 迪衷謐勻喚韁械de)循環,因此是理(li)想的(de)綠色高分子材料(liao)。
聚乳酸的(de)熱穩定性好,加工溫度170~230℃,有好的(de)抗溶(rong)劑性,可用多種方(fang)式進行加工,如(ru)擠fei)埂a target="_blank" href="https://baike.baidu.com/item/%E7%BA%BA%E4%B8%9D">紡絲、雙(shuang)軸拉伸(shen),注射吹塑(su)。由聚乳酸制成的(de)產品除能(neng)生物降解外(wai),生物相(xiang)容性光澤度、透(tou)gai)饜浴?shou)感和耐熱性好,還具有一定的(de)耐菌性、阻燃(ran)性和抗紫外(wai)性,因此用途十分廣泛,可用作包裝材料(liao)、縴維(wei)和非織造物等,目前主要用于服裝(內衣、外(wai)衣)、產業(建(jian)築、農業、林業、造紙)和醫療衛生等領域。
PLA在規(gui)模產業化(hua)之(zhi)前的(de)價格為1000美(mei)元/公斤。後來經密(mi)歇根州立大學Ramani Narayan教授課題(ti)組的(de)產業化(hua)研究,實現了規(gui)模化(hua)生產。該(gai)技(ji)術現由Natureworks公司產業化(hua)。
PLA最大的(de)制造商是美(mei)國NatureWorks公司,其次(ci)是中國的(de)海正生物,他(ta)們目前的(de)產量(liang)分別(bie)是10萬噸和1萬5千噸。PLA有很多的(de)應用,可以在擠出、注塑(su)、拉膜、紡絲等多領域應用。
聚乳酸的(de)制備
1.1.合成方(fang)法
總(zong)的(de)來說,聚乳酸(PLA)的(de)制備是以乳酸為原材料(liao)進行合成的(de)。目前合成方(fang)法有很多種,較為成熟的(de)是乳酸直接縮聚法,另一種是先由乳酸合成丙交酯,再在催化(hua)劑的(de)作用下(xia)開環聚合。另外(wai)還有一種固(gu)相(xiang)聚合法。
1)乳酸直接聚合法
直接聚合法早(zao)在20世紀30~40年(nian)代就已經開始研究,但是由于涉(she)及反應中的(de)水脫除等關鍵技(ji)術還不能(neng)得(de)到很好的(de)解決,所以其產物的(de)分子量(liang)較xi)停 000以下(xia)),強度ran) 停 追紙猓 揮惺滌眯浴/div>
日(ri)本昭和高分子公司采(cai)用將乳酸在惰性氣體中慢慢加熱升溫並緩慢減壓,使乳酸直接脫水縮合,並使反應物在220~260℃,133Pa 下(xia)進一步縮聚,得(de)到相(xiang)對分子質量(liang)在4000以上xi)de)聚乳酸。但是該(gai)方(fang)法反應時間長(chang),產物在後期的(de)高溫下(xia)會老(lao)化(hua)分解,變(bian)色,且ye)瘓取Hri)本三(san)井(jing)壓化(hua)學公司采(cai)用溶(rong)液聚合法使乳酸直接聚合xi)玫驕?樗帷/div>
直接法的(de)主要特點(dian)是合成的(de)聚乳酸不含催化(hua)劑,因此縮聚反應進行到一定程(cheng)度時體系(xi)會出現平衡態,需要升溫lu)友(you)勾蚱品從ζ膠猓 從μ跫xiang)對苛liang)獺=改nian)來,通過技(ji)術的(de)創新與(yu)改進,直接聚合法取得(de)了一定的(de)進展,應該(gai)在不久的(de)將來隨著技(ji)術的(de)不斷成熟,能(neng)夠應用于工業化(hua)的(de)大生產中去。
2)開環聚合法
開環聚合法是目前世界上用的(de)較多的(de)生產方(fang)法。早(zao)在20世紀中葉,杜邦公司的(de)科(ke)研人員就用開環聚合法獲得(de)了高分子量(liang)的(de)聚乳酸。近年(nian)來,國外(wai)對聚乳酸合成的(de)研究主要集中在丙交酯的(de)開環聚合上。
德(de)國的(de)Boeheringer Zngelhelm 公司用此法生產的(de)聚乳酸系(xi)列產品以商品名(ming)出現在市(shi)場上;美(mei)國Cargill公司用此法生產的(de)聚乳酸經熔噴與(yu)紡粘後加工,開發了醫用無紡布產品;而(er)我國能(neng)夠合成高分子聚乳酸的(de)僅(jin)有中山大學高分子you)芯克(ke)惹縛墑de)幾家。開環聚合多采(cai)用辛酸亞錫(xi)作引發劑,分子量(liang)可達上百萬,機(ji)械強度高,聚合分離兩步進行︰
第一步是聚乳酸經脫水環化(hua)制得(de)丙交酯;
第二步是丙交酯經開環聚合制得(de)聚丙交酯;
但是這種開環聚合法在聚合xi)de)時候對yuan) hua)劑的(de)純度,單體的(de)純度要求極高,即使是極微量(liang)的(de)雜(za)質也(ye)會使PLA的(de)分子量(liang)低于10萬,而(er)且聚合條件如(ru)溫度、壓力、催化(hua)劑的(de)種類(lei)和用量(liang)、反應時間等等也(ye)會極大地影響PLA的(de)分子量(liang),所以高分子量(liang)PLA的(de)合成是一個技(ji)術難點(dian)。
這種方(fang)法是將直接聚合法得(de)到的(de)低分子量(liang)樹(shu)脂在減壓真空(kong)、溫度在Tg—Tm之(zhi)間的(de)條件下(xia)進行聚合反應得(de)到,以提高其聚合度,增(zeng)加分子量(liang),從而(er)提高材料(liao)強度和tu)庸?閱neng)。
1.2.制備流程(cheng)
我們主要說說較常用的(de)開環聚合方(fang)法,它的(de)制程(cheng)大致(zhi)是這樣的(de)︰
1)取材
將玉米等殼類(lei)作物碾碎後,從中提取澱(dian)粉,然後將澱(dian)粉制成未(wei)精化(hua)的(de)葡(pu)萄糖。現在很多高技(ji)術已克(ke)服減去了碾碎的(de)過程(cheng),直接從大量(liang)的(de)農作物中提取原料(liao)。
2)發酵
以類(lei)似生產啤酒或酒精的(de)方(fang)式來發酵葡(pu)萄糖,而(er)葡(pu)萄糖發酵後變(bian)成類(lei)似于食物添(tian)加用于人體肌肉組織內中的(de)乳酸。
3)中間型產物
將乳酸單體以特殊的(de)濃(nong)縮制程(cheng),轉變(bian)成中間型產物——減水乳酸,即丙交酯
4)聚合
丙交酯單體經過真空(kong)淨化(hua)後,再以一種不使用溶(rong)劑的(de)溶(rong)解制程(cheng)來完(wan)成開環的(de)動(dong)作,使單體聚合。
5)聚合物修飾(shi)
由于聚合物的(de)分子量(liang)與(yu)結(jie)晶度的(de)不同(tong),可使材料(liao)特性的(de)變(bian)化(hua)空(kong)間很大,所以因不同(tong)應用的(de)產品,將PLA做不同(tong)的(de)修飾(shi)。


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