功能高分子论文

可生物降解的塑料材料——聚乳酸（PLA）

（08化工1班田佳丽200815220113）

【摘要】随着工农业的高速发展，塑料的应用越来越广，但由于塑料不易分解和不易回收，使白色污染越来越严重，因而生物降解塑料这一领域的研究和发展正成为人们普遍关注的焦点。本文主要介绍了以天然聚合物PLA合成、性质及其主导的生物降解塑料的一些特性及应用。

【关键字】生物降解塑料天然聚合物PLA PLA合成 PLA性质

塑料由于其独特的加工和机构性能, 广泛应用于工农业和人们的日常生活中[1]。随着塑料工业的不断发展，塑料的需求量也随之大量增加，从而带来了两方面严重的影响。

首先由于塑料不易分解也不易回收，塑料废弃物成为污染环境的有害垃圾，对土壤、海洋以及空气的污染巨大，造成了破坏生态平衡的后果。其次塑料工业以石油资源为基础，而到廿一世纪上半期，石油和天然气将面临可能枯竭的窘境，塑料工业也面临着原材料短缺的局面[2]。

另外，随着现代农业科学技术的发展，塑料薄膜的使用逐渐深入到农业生产的各个领域。农膜主要以化纤为原料，其主要成分是聚丙烯，聚氯乙烯以及聚乙烯，可在田间残留几十年不降解。连年不降解的碎膜逐年累积于土壤耕层造成土壤板结、通透性变差、根系生长受阻，后茬作物减产，有些作物减产幅度达到20% 以上，并且这一情况正在进一步恶化。曾给农业生产带来福音的“白色革命”在极大地促进我国农业生产发展的同时，也给我国的生态环境带来了无尽的废弃物。由于这些废弃物在自然条件下难以降解, 普通塑料在200-400a的时间里才能完全降解, 大多数塑料制品在10a之内其50%-60%将转化为废弃塑料, 那么全世界2000年2亿t的塑料产量在2010年将产生1亿t的废弃物, 而我国1000万t的塑料也将产生少至100万t多至500万t的废弃物, 这就造成了所谓的“白色污染”[3]。如此严重的“白色污染” , 不仅阻碍塑料工业的发展, 且造成资源的浪费, 环境恶化。在许多国家, 不少地方性和全国性立法机关已采取行动促使人们开展大量的研究和开发工作, 寻找可生物降解的塑料来替换目前所使用的塑料。

生物降解塑料是一类可悲环境中的细菌、霉菌、藻类等微生物分解，最终生成对话经无污染的物质塑料[4]。它的降解机理是生物降解塑料被细菌、霉菌等作用消化吸取的过程，是生物物理和生物化学反应。微生物侵蚀塑料制品组分后，由于生物细胞的增长使聚合物组分水解、电离或质子化从而发生机械性破坏，分裂成低聚物碎片，聚合物分子结构不变，这是聚合物的生物物理作用而发生的降解过程。真菌或细菌分泌的酶使非水溶性聚合物分解或氧化降解成水溶性碎片，生成新的小分子化合物直至最终分解成二氧化碳和水，这种降解方式属生物化学降解方式[5]。

生物降解塑料根据其降解机理和破坏形式，可分为完全生物降解塑料和生物崩坏性（致劣性）塑料两种[6]。生物塑料是在微生物作用下生成的塑料，或者是以淀粉等天然物质为基础生产的塑料，大到电视机的支架、电脑框体，小到小摆件、厨房垃圾袋等[7]。与烃类聚合物不同，生物聚合物可被微生物破解并用作堆肥。生物塑料不仅对环境友好，其对肌体的适应性也非常好，可望用于生产可被肌体吸收的术后缝合线等医用产品。而羰基生物降解塑料可定义为含有可降解添加剂的石油基塑料。从材料发展前景看，天然聚合物聚乳酸PLA等聚合物将主导生物塑料市场。现正在开发更多的生物树脂与传统聚合物的混配物[8]。

下面对天然聚合物聚乳酸PLA的性质、合成及其主导的生物降解塑料特性做一下介绍。

1、聚乳酸（PLA）的基本性质

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,它们受拉力形成了聚合物,叫做聚乳酸。聚乳酸也称为聚丙交酯，属于聚酯家族。聚乳酸（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，是一种无毒、无刺激性，具有良好生物相容性，可生物分解吸收，强度高，不污染环境，可塑性加工成型的高分子材料。具有良好的机械性能，高抗击强度，高柔性和热稳定性，不变色，对氧和水蒸气有良好的透过性，又有良好的透明性和抗菌、防霉性，使用寿命可达2-3年。聚乳酸（PLA）是一种真正的生物塑料，30天内在微生物的作用

下可彻底降解生成CO

2和H

2

O[9]。聚乳酸是以乳酸为主要原料聚合得到的聚合物，

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。

2、聚乳酸的合成

聚乳酸生产是以乳酸为原料，传统的乳酸发酵大多用淀粉质原料，目前美、法、日等国、家已开发利用农副产品为原料发酵生产乳酸，进而生产聚乳酸。较为成熟的方法有：直接缩聚法和非溶剂法。

(1)直接缩聚法

直接聚合法早在20世纪30～40年代就已经开始研究,但是由于涉及反应中产生的水的脱除等关键技术还未能完全解决,故产物的分子量较低(均低于4000),强度极低,易分解,无实用性。

日本昭和高分子公司采用将乳酸在惰性气体中慢慢加热升温并缓慢减压,使乳酸直接脱水缩合,并使反应物在220～260 ℃,133Pa下进一步缩聚,得到相对分子质量4000以上的聚乳酸。但是该法反应时间长,产物在后期高温下会老化分解,变色,且不均匀。日本三井东压化学公司采用溶液聚合法使乳酸直接聚合得到聚乳酸。日本还拥有多项制造无催化剂的高分子聚乳酸专利技术[10]。

直接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,离真正大批量工业化生产为期不远了。

（2）非溶剂法

使乳酸生成环状二聚体丙交酯，在开环缩聚成聚乳酸。早在20世纪中叶,杜邦公司的科研人员就用开环聚合法获得了高分子量的聚乳酸。近年来,国外对聚乳酸合成的研究主要集中在丙交酯的开环聚合上。

德国Boeheringer Zngelhelm公司用此法生产的聚乳酸系列产品以商品名Resomer出现在市场上;美国Cargill公司用此法生产的聚乳酸经熔喷与纺粘后加