先进高分子材料——聚乳酸教学提纲.ppt

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1、L/O/G/O聚乳酸PLA高分子化学高分子化学(huxu)与物理与物理 131102062 杨丽云杨丽云第一页，共32页。L/O/G/O第二页，共32页。L/O/G/O潜在的危害：废旧塑料包装物混在土壤中，影响农作物吸收养分和水分，将导致农作物减产抛弃在陆地或水体中的废旧塑料包装物，被动物当作食物吞入，导致动物死亡混入生活垃圾中的废旧塑料包装物很难处理：填埋处理将会长期占用土地，混有塑料的生活垃圾不适用于堆肥(dufi)处理，分拣出来的废塑料也因无法保证质量而很难回收利用第三页，共32页。第四页，共32页。目录目录一、聚乳酸简介一、聚乳酸简介二、聚乳酸的制备方法二、聚乳酸的制备方法三、聚乳酸的

2、发展历史三、聚乳酸的发展历史(lsh)及及现状现状四、聚乳酸的应用及发展前景四、聚乳酸的应用及发展前景第五页，共32页。L/O/G/O一、聚乳酸简介(jin ji)第六页，共32页。聚乳酸简介(jin ji)聚乳酸(PLA)是一种具有优良的生物相容性和可生物降解性的合成高分子材料。PLA这种线型热塑性生物可降解脂肪族聚酯是以玉米、小麦、木薯等一些植物中提取的淀粉为最初原料,经过酶分解得到葡萄糖,再经过乳酸菌发酵后变成乳酸,然后经过化学合成得到高纯度聚乳酸。聚乳酸制品废弃后在土壤或水中,30天内会在微生物、水、酸和碱的作用下彻底分解成CO2和H2O,随后在太阳光合作用下,又成为淀粉的起始原料,不

3、会对环境产生(chnshng)污染,因而是一种完全自然循环型的可生物降解材料。第七页，共32页。优势优势(yush)(yush)：原料来源充足(chngz)能耗量低生物可降解性良好机械性能及物理性能良好安全性第八页，共32页。缺点缺点缺点缺点(qudin)(qudin)：(1)聚乳酸中有大量的酯键,亲水性差,降低了它与其它物质的生物相容性;(2)聚合所得产物的相对(xingdu)分子量分布过宽,聚乳酸本身为线型聚合物,这都使聚乳酸材料的强度往往不能满足要求,脆性高,热变形温度低(0146MPa负荷下为54),抗冲击性差;(3)降解周期难以控制;(4)价格太贵,乳酸价格以及聚合工艺决定了PLA的

4、成本较高。这都促使人们对聚乳酸的改性展开深入的研究。第九页，共32页。生物生物(shngw)(shngw)相容性相容性u聚乳酸具有良好的生物聚乳酸具有良好的生物(shngw)(shngw)相容性和生物相容性和生物(shngw)(shngw)降解性，其降解产物能被生物降解性，其降解产物能被生物(shngw)(shngw)体所吸收，并且其体所吸收，并且其代谢产物代谢产物乳酸是体内三竣酸循环的中间物质。乳酸是体内三竣酸循环的中间物质。uPLAPLA的强度较高，主要的强度较高，主要(zhyo)(zhyo)用于医疗器械以用于医疗器械以及骨折固定装置等。及骨折固定装置等。u由于其良好的生物活性，也被用做骨

5、填充和替换由于其良好的生物活性，也被用做骨填充和替换材料。材料。第十页，共32页。抗菌性抗菌性u一般的生物降解性塑料，细菌和霉菌等微生物处于容易附生的倾向。u聚乳酸中含有极微量的乳酸或低聚物，这些物质在材料表面浸出(jn ch)一部分，将材料表面与人的肌肤同样保持弱碱性，防止了细菌和霉菌等微生物的附着和繁殖。聚乳酸是唯一聚乳酸是唯一(wi y)具有优良抑菌及抗霉特具有优良抑菌及抗霉特性的生物可降解塑料。性的生物可降解塑料。第十一页，共32页。安全性：安全性：u聚乳酸是由脂肪族聚酯构成的疏水性结晶性聚聚乳酸是由脂肪族聚酯构成的疏水性结晶性聚合物，只要不在高温合物，只要不在高温(gown)高湿环境

6、下长时高湿环境下长时间放置，就几乎不产生加水分解。作为发酵食品间放置，就几乎不产生加水分解。作为发酵食品容器也有在一定时间能够安全使用的质地。容器也有在一定时间能够安全使用的质地。u焚化聚乳酸的燃烧热值是焚化传统塑料（如聚焚化聚乳酸的燃烧热值是焚化传统塑料（如聚乙烯）的一半，而且焚化聚乳酸绝对不会释放出乙烯）的一半，而且焚化聚乳酸绝对不会释放出氮化物、硫化物等有毒气体。氮化物、硫化物等有毒气体。第十二页，共32页。以以以以PETPET（聚对苯二甲酸乙二醇酯）为（聚对苯二甲酸乙二醇酯）为（聚对苯二甲酸乙二醇酯）为（聚对苯二甲酸乙二醇酯）为例与例与例与例与PLAPLA作比较作比较作比较作比较(bj

7、io)(bjio)第十三页，共32页。以以以以PETPET（聚对苯二甲酸乙二醇酯）为（聚对苯二甲酸乙二醇酯）为（聚对苯二甲酸乙二醇酯）为（聚对苯二甲酸乙二醇酯）为例与例与例与例与PLAPLA作比较作比较作比较作比较(bjio)(bjio)第十四页，共32页。L/O/G/O二、PLA的制备(zhbi)方法第十五页，共32页。乳酸(rsun)即2-羟基丙酸第十六页，共32页。PLAPLA的制备的制备(zhbi)(zhbi)方法方法丙交酯聚合法：乳酸原料(yunlio)转化成丙交酯乳酸PLA低聚物丙交酯（移出）丙交酯开环聚合得到预期的较高分子量PLA产品丙交酯PLA（连续熔融聚合和间歇熔融聚合）催化

8、剂第十七页，共32页。PLAPLA的制备的制备(zhbi)(zhbi)方法方法乳酸直接(zhji)聚合法：乳酸溶液聚合乳酸熔融聚合直接(zhji)固相聚合与其他材料共聚体系共沸点，避免聚合物降解，操作设备复杂，纯化(chnhu)困难分子量不如溶液聚合，催化剂是研究重点熔融聚合+固相聚合，分子量大，降低副反应第十八页，共32页。L/O/G/O三、PLA的发展历史与现状现在(xinzi)市场上的PLA纤维及其原料大部分来源于日本，美国和德国第十九页，共32页。发展历史Pelouze 首先发现了聚酸线性二聚体乳酰乳酸的形成；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Carot

9、hers等提出使用(shyng)乳酸二聚物聚合的二步法，合成高分子量的PLA20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Ee Santis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1986，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2005年1月，目前世界上最大的PLA生产公司Natureworks LLC，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Natureworks公司的PLA纤维2004年开始进入我

10、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 第二十页，共32页。L/O/G/O四、四、PLAPLA的应用的应用(yngyng)(yngyng)及发及发展前景展前景第二十一页，共32页。5、生物医学材料、生物医学材料(cilio)聚乳酸（PLA)的应用(yngyng)聚乳酸聚乳酸（PLA）1、包装材料（食品，汽车、包装材料（食品，汽车(qch)，电子电子 等领域等领域2、一次性生活用品和餐饮用具、一次性生活用品和餐饮用具3、农林渔业材料、农林渔业材料4、纤维纺织材料、纤维纺织材料。第二十二页，共32页。外科手术缝合线 药物控制释放(shf

11、ng)系统 组织工程方面的应用 骨折内固定材料 基因治疗载体 眼科材料第二十三页，共32页。聚乳酸及其共聚物的研究与应用是近年聚乳酸及其共聚物的研究与应用是近年来生物医学材料研究的重要方向，为生物医来生物医学材料研究的重要方向，为生物医学的发展提供了新的手段。学的发展提供了新的手段。目前国内外学者正从基础和应用两方面目前国内外学者正从基础和应用两方面广泛展开对聚乳酸体系的研究开发，重点是广泛展开对聚乳酸体系的研究开发，重点是生物降解生物降解(jin ji)性试验方法及评价标准、性试验方法及评价标准、降解降解(jin ji)机理、合成加工和应用技术机理、合成加工和应用技术等。随着研究的不断深入，

12、随着生物医学和等。随着研究的不断深入，随着生物医学和材料学的进一步结合，聚乳酸及其共聚物在材料学的进一步结合，聚乳酸及其共聚物在生物医学领域的研究将会越来越广泛和深入。生物医学领域的研究将会越来越广泛和深入。第二十四页，共32页。随着PLA纤维聚合工艺的局部成熟，它被认为是最具发展前景的“绿色环保”纤维之一。它具有芯吸导湿性、良好的抗紫外线性和耐菌性，优良的阻燃性、出色的回弹性及悬垂性。因此用PLA纤维制得的非织造布可用于农业；园艺方面，可用作种子培植(pizh)、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，也可用作尿布、妇女卫生巾的面料及其他生理卫生用品；在生活

13、用品方面，可用作衣料、擦揩布、滤渣袋等。第二十五页，共32页。PLA薄膜有高透明度、高光泽度等优点，同时具有持久宜人(yrn)香味和优质的透气性，能使得净菜、面包、油炸圈等保持新鲜，可作为食品包装材料广泛应用。第二十六页，共32页。聚乳酸应用的突破，最有可能是出现在包聚乳酸应用的突破，最有可能是出现在包装市场，而且最有可能是在食品包装方面装市场，而且最有可能是在食品包装方面(fngmin)。拥有世界上最大的聚乳酸品牌的美国卡基拥有世界上最大的聚乳酸品牌的美国卡基尔尔道聚合物公司的聚乳酸市场大约道聚合物公司的聚乳酸市场大约80%是在是在包装方面包装方面(fngmin)。第二十七页，共32页。由于

14、聚乳酸复合材料的生物降解性由于聚乳酸复合材料的生物降解性和利于回收和利于回收,不对环境产生压力不对环境产生压力,可广可广泛的用于生产一次性餐饮用具。例如泛的用于生产一次性餐饮用具。例如:塑料容器塑料容器(rngq),杯子、盘子、食杯子、盘子、食品容器品容器(rngq)(盒盒)、液体容器、液体容器(rngq)(瓶、桶瓶、桶)、饮料用瓶、餐具、饮料用瓶、餐具(刀、勺叉刀、勺叉)、快餐盒、方便面碗、开、快餐盒、方便面碗、开水冲泡餐具、电子微波炉加热餐具等。水冲泡餐具、电子微波炉加热餐具等。也可用于休闲用品也可用于休闲用品,如钓鱼、野外旅如钓鱼、野外旅行用具等。故其市场前景非常广阔。行用具等。故其市场

15、前景非常广阔。第二十八页，共32页。为了节省石油资源同时减少地球温室效应，进一步拓展由可再生的生物资源制造而来的聚乳酸的应用领域，日本(rbn)许多公司对PLA在电子电器领域的应用进行了深入研究并取得了卓越的成效。日本(rbn)NEC公司笔记本电脑部件材料日本(rbn)富士通公司的笔记本电脑机壳材料富士通公司的LSI包装带索尼公司IC卡第二十九页，共32页。聚乳酸（PLA)发展前景预测，在今后几年中北美生物降解塑料市场需求强劲，2009年将达到1.6Mt，其中PLA的市场需求量为1Mt左右。PLA销售年均增长率为7%。2008年世界塑料消费量约为115Mt，如果1020年后替代石油基聚合物的消

16、费量按10%20%计，世界PLA需求量将达到11.5Mt至23.0Mt。目前，世界PLA产量约为100Mt，发展势头很猛，如日本一井东压化学公司正在大弁田工业所建设500t/a的生产装置；岛津制作所建有100t/a中试装置；美国Cargill公司在1994年建有0.5万t/aPLA装置。另外(lnwi)，美Ecochem公司、日本的大日本油墨公司都在建PLA工厂。江镇海2010年聚乳酸的应用与市场前景第三十页，共32页。聚乳酸（聚乳酸（PLA)发展前景发展前景简而言之：发展前景广阔简而言之：发展前景广阔国内国内 追求追求(zhuqi)环保环保 绿色绿色 可再生可再生 PLA 国外国外 低能耗低能耗 可持续可持续第三十一页，共32页。L/O/G/O谢谢谢谢(xi(xi xie)xie)！第三十二页，共32页。