聚乳酸的前景

聚乳酸的前景摘要：人口的日益膨胀，地球上资源和能源的短缺，环境污染日益成为全人类需要急需关注的问题。我们在享受现代科技带来的便利的同时，也应该认识到人类即将面临的及其紧迫的环境危机。绿色化学是实现污染预防最基本的科学手段，具有极其重要的社会和经济意义。当今的世界是追求节能环保的时代，可降解塑料无疑就成为国内外关注的绿色产品。关键词：聚乳酸性能制作方法应用正文：聚乳酸，简称PLA，也称聚丙交酯。乳酸纯品为无色液体，工业品为无色到浅黄色液体。无气味，具有吸湿性。能与水、乙醇、甘油混溶，不溶于氯仿、二硫化碳和石油醚。在常压下加热分解，浓缩至50%时，部分变成乳酸酐，因此产品中常含有10%-15%的乳酸酐。乳酸分子存在两种光学对映体(D-乳酸和L-乳酸)，其理化性能十分相近，只是旋光性相反，L-乳酸旋光为右旋，而D-乳酸旋光为左旋。医学研究证明，人体只具有代谢L-乳酸的酶（L-乳酸脱氢酶）；而D-乳酸进入人体后，由于不能代谢，使血尿酸度提高，过量的摄入就引起代谢紊乱等不良反应。为此，世界卫生组织规定，成人每天摄入的D-乳酸量每公斤体重不得超过100毫克，并禁止在婴儿食品中添加D-乳酸，对L-乳酸无任何限制。聚乳酸可以通过玉米等农作物发酵生成乳酸聚合制备，单体来源丰富，具有可再生性，它本身及其降解产物不会对环境和生物体产生危害，是最具发展前景的生物降解材料之一。1.聚乳酸纤维的性能（1）原料丰富，资源和能源消耗少：聚乳酸纤维是迄今最名副其实的由人工合成的有机高分子“绿色产品”和“环保产品”。产品综合能耗是目前大类化学纤维生产中最低的。（2）可生物降解聚乳酸具有良好的生物降解性。分解速度低且稳定，埋入土壤后2到3年后强度才消失。但与微生物和复合有机废料混合，可以在短时间内完成降解，例如与其他有机废弃物同时埋入地下，几个月之内就会分解成CO2和H2O，因此是一种理想的可生物降解纤维。（3）物理机械性能和加工性能好聚乳酸纤维和涤纶的主要物理和化学性质相比，其强度、伸长等与涤纶和锦纶差不多，但熔点最低，模量较低，具有很好的手感。聚乳酸纤维的弹性回复率高，玻璃化转变温度适宜，说明其定性和保型性好。聚乳酸纤维制成的服装其吸湿性优于涤纶，悬垂性和抗皱性好，比涤纶服装更华丽美观。因此聚乳酸纤维是制造外装，制服，时装的理想材料。（4）有一定的阻燃性聚乳酸纤维的极限氧指数是常用纤维中最高的，燃烧时发热量低，只有轻微的烟雾释出，易自熄，火灾危险性小，因此在燃烧性能上的特点引起人们的特别关注。（5）安全性好聚乳酸所用的材料都没有毒性，发酵污水的处理不存在难度。纤维生产过程通常采用的熔融法纺丝在化纤工艺中最简洁、最干净，也没有很难处理的三废问题。聚乳酸纤维植入体内无毒副作用，而且有一定的耐菌性和耐紫外线性能，因此安全性好，不但可用作可吸收的手术缝合线和组织工程材料，而且和适于室外应用领域和室内装饰织物。最后，废弃的制品可生物降解，对环境也不造成污染。2.聚乳酸的制备聚乳酸合成方法有：开环聚合，乳酸的直接聚合，低聚乳酸固相聚合法。(1)丙交酯的开环聚合此法是目前使用较多的生产方法，合成过程中一般以辛酸亚锡为催化剂，得到的聚丙交酯分子量可达数百万，且聚合过程中不产生水。(2)乳酸直接聚合利用乳酸分子的羟基和羧基，直接酯化脱水进行缩聚反应合成聚乳酸。聚乳酸的制备研究始于二十世纪三四十年代，技术关键是反应中产生的水较难完全除去，致使聚合物分子量低于4000，制备的材料强度低，容易分解而无实用性。由精制的乳酸直接进行聚合，是制备聚乳酸最早也是最简单的方法。该法生产工艺简单，但得到的聚合物分子量低，且分子量分布较宽，其加工性能等尚不能满足成纤聚合物的需要，而且聚合反应在高于180℃的条件下进行，但是，得到的聚合物极易氧化着色，使应用受到一定的限制。直接缩聚法在体系中存在着游离酸、水、副产物在粘性熔融物中难以去除。（3）低聚乳酸固相聚合法将直接聚合法得到的低分子量的聚乳酸树脂切片，在高真空且聚合温度低于聚合物熔点高于聚合物玻璃化温度的条件下进行的以提高聚合度，增大分子量为目的的聚合方法。通过此方法得到的聚乳酸制备的纤维具有更高的强度和更好的加工性能。3.聚乳酸的应用(1)农用地膜PLA韧性好，适合加工成高附加值薄膜，用于代替目前易破碎的农用地膜。此外还用于缓释农药、肥料等，不仅无毒、长效，还可在使用后自动降解，而且不污染环境。(2)纺织制品PLA在纺织领域的应用研究开发是最近10年左右开始的。聚乳酸可用纺丝法或熔喷法直接制成非织造布，也可先纺制成短纤维，再经干法或湿法成网制得非织造布。聚乳酸非织造布用于农业、园艺方面，可用作种子培植、育秧、防霜及除草用布等，在医疗卫生方面，可用作手术衣、手术覆盖布、口罩等，在生活用品方面，可用作衣料、擦揩布、厨房用滤水、滤渣袋或其他包装材料。目前，聚乳酸纤维已制成复丝、单丝、短纤维、针织物等，主要用于服装领域。以聚乳酸纤维制得的布料具有真丝的光泽，优良的手感、亮度、吸水性、形状保持性及抗皱性，因此是较理想的面料，适合做服装尤其是妇女服装。2000年，尤尼奇卡公司在亚洲产业用纺织品展览会上展出的产品有聚乳酸纤维与Locally纤维交织的毛巾、袜、裤子、衬衫、裙子等。聚乳酸纤维还适于制一次性服装和野外作业服等。目前国外已经采用聚乳酸纤维和棉纱织成混纺纱，用于制作牙刷和毛巾等多种产品。用完后可降解，对环境没有污染，属环保型产品。（3）工业应用聚乳酸纤维在产业领域的用途，主要是在土木工程中做网、垫子、沙袋、和制土壤流失材料等，在农业、林业中做播种织物、薄膜、防虫防兽盖布、防草袋和养护膜等，在渔业中做渔网、鱼线等，在家用器具中做垃圾网、手巾、滤器、擦布等，在户外器具中做帐篷、覆盖布等。聚乳酸纤维在卫生医疗领域主要作尿布、妇女保健用品、抗紫外线织物、手术缝合线、骨内固定装置、组织工程支架、绷带、药物控制体系中的载药材料、人工管道、人工韧带或肌腱等。（4）食品保健乳酸具有清洁除垢作用，能抑制微生物的生长，是公认的安全食品成分，可降解，对人体无害，无任何环境污染。一些典型的乳酸衍生物投产已有10年的历史，其中最早的是矿物质和盐类(如乳酸钙、葡萄糖酸钙等)，主要用于食品和保健方面，其次是广泛用于改善面部结构的乳酸钠，第三是利用生物过滤技术生产的乳酸乙脂，生物过滤技术也从此得到了广泛的研究。(5)医药卫生PLA被认为是骨折内固定最有应用前景的医用可降解吸收高分子材料。但以通常的加工方法成型的PLA，初始弯曲强度和剪切强度仅分别为57-145MPa和53-61MPa。采用高强度的PLA纤维集束模压的自增强和其它增强技术能够大幅度的提高强度。L一乳酸及其衍生物(如L-乳酸钠)可与氯化钠、氨基酸等配伍，生产治疗高钾血症或酸中毒的大输液。L一乳酸还被用于罗弗沙星等药物的生产。也用作防腐剂、载体剂、助溶剂、药物制剂、pH调节剂等。由于聚乳酸具有无毒、合适的生物降解性、良好的生物兼容性以及对某些具体的细胞有一定相互作用的能力，使其在在医学方面的应用优势尤为突出，也是目前应用得最为成功的领域。聚乳酸及其共聚物用作外科手术缝合线，在伤口愈合后能自动分解并被人体吸收，无需再次手术和拆出缝合线。聚乳酸还用作手术纱布，国外已进人临床应用阶段。手术用聚乳酸骨钉，病愈后，就降解在人体内。因为降解产生的是二氧化碳和水，所以不会对人体产生不良后果。这种骨钉炎症发生率低，强度高、手术后基本不出现感染等情况。将聚乳酸塑料制成人工脏器的骨架研究也在进行，例如有专家正在聚乳酸塑料肝骨架的整个表面上培养肝细胞，制造人造肝脏。用这种方法制造的人造肝脏移到体内，作为骨架部分的聚乳酸塑料在体内不久就会被分解吸收，最后留下了与骨架同样形状的肝脏。这是有效利用聚乳酸塑料生物降解性质的典范。此外，聚乳酸还用于药物释控体系和眼科植人材料等。21世纪是追求环保的时代，可降解塑料成为国内外关注的绿色产品。1966年首次报道了聚乳酸可作为手术植入材料使用。1973年报道了聚乳酸在缓释药物包囊材料方面的应用。另外在人工血管、止血剂及可生物降解的外科黏合剂方面也有应用报道。以聚乳酸及其共聚物制得的纤维可用作可吸收型手术缝合线。（6）其他方面的应用由于未实现工业化生产，聚乳酸及其共聚物的成本相当高，作为高附加值的产品，其近期内的应用将受到限制，主要用于医疗应用方面。聚乳酸及其共聚物制品将广泛用于农业、渔业、林业、食品工业、服装、包装等行业。乳酸还在日用化学品、农业/农产品等方面有着广泛的应用。生物可降解的食品包装容器及器具食品包装被认为是PLA最大的应用市场，PLA软质薄膜可以制备各种食品包装膜。PLA薄膜对水蒸气、氧气和二氧化碳的透过性很高，但对香味成分右旋柠檬油精却具有极高的阻隔性。此外，PLA薄膜对丁酸乙醋的阻隔性也很高。因此，PLA可以作为咖啡、茶叶、芳香剂等香味逃逸物品的包装材料。近年来，不可降解的塑料造成的污染已成为人们日益关注的环保问题，而这些污染的主要来源是来自于一次性使用的包材及器具。由于聚乳酸具有很多优越性能，因而获得广泛应用，这为有效地解决白色污染问题提供了可行的办法。由于聚乳酸纤维优点突出，发展前景良好，因此已引起世界化纤行业的广泛关注，研究工作正方兴未艾。专家们预言，通过21世纪初期全球PLA聚合物和纤维的生产规模的扩大，随着聚乳酸原料生产成本的降低，其价格会向接近PET纤维发展，其用途将迅速扩展，其经济效益将逐步显现出来。如日本尤尼奇卡公司与丰田工业大学合作，结合尼龙纳米复合材料和聚乳酸树脂技术，推出注塑级聚乳酸纳米复合材料新产品。该新产品以聚乳酸和层状硅酸盐为原料，采用熔融配混法工艺。注塑级聚乳酸纳米复合塑料大幅缩短了制品成型时间，并显著改善了制品的刚性和耐热性，不仅是目前刚性和耐热性最好的生物降解塑料，甚至还超过了PS、ABS和PP等其他塑料，因此这种纳米生物降解塑料不仅可用于民用产品，也可用于电子设备外壳等工业产品。我们将会看到绿色高分子材料的蓬勃发展，虽然，遍地都是白色垃圾，但是，我们一点也不担心，因为这些垃圾是可降解的。随着科学技术的发展，我们将会体验更多高科技给我们带来的便利。参考文献：[1]王方,汪朝阳,赵耀明.《聚乙二醇改性聚乳酸类材料研究进展材料导报》[2]江涛，胡平.《生物医用高分子材料自增强工艺的研究》[3]周福刚，董向红，万怡灶等《.碳纤维增强聚乳酸复合材料的力学性能》[4]陈更新.《绿色环保型全降解聚乳酸改性的研制》[5]钱明球.《聚乳酸及其纤维的发展概况和应用前景》