对聚乳酸的现状与发展方向的探究8376.docx

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1、对聚乳酸的现状与发展方向的探究10442213唐浚浚博 110442207韩智智豪 009463321樊羽羽1引言人类在211世纪的最最大课题之之一是保护护环境。自自20世纪纪60年代代以来人们们开始研究究和开发生生物可降解解聚合物及及其制品，以以保护环境境20世世纪90年年代末刚刚刚实现工业业化的聚乳乳酸(Pooly-llactiic Accid，PPLA)是是其中最有有发展前景景的一种，它它是一种真真正的新型型绿色高分分子材料，也也是目前综综合性能最最出色的环环保材料。2摘要本文对可降降解塑料的的现状、评评价标准做做了简要介介绍，并对对聚乳酸材材料的现状状、发展历历程及未来来发展方向向进行

2、探究究，意在通过过文献检索，证证明聚乳酸酸材料是今今后一段时时期内最有有潜力的绿绿色材料之之一。其在在塑料领域域的发展前前途无量。3正文1 可降解塑塑料概述1.1 可降解塑塑料行业发发展现状 随着世界各各国对环境境保护的日日益关注，可可降解塑料料成为各国国研究的主主要课题，生生物降解塑塑料作为可可降解塑料料发展的主主要方向。欧欧、美、日日等发达国国家在生物物降解塑料料研究开发发方面投入入了大量的的资金，可可降解塑料料的品种也也越来越丰丰富。目前，欧洲洲的超市中中已开始大大量推广使使用淀粉系系列和聚乳乳酸系列可可生物降解解的购物袋袋及食品包包装袋，每每年消费量量可达2660亿个，意意大利利用用玉

3、米淀粉粉生产生物物可降解塑塑料生产能能力达3.5万吨/年；美国国已有500多家公司司生产可降降解塑料，其其产品已广广泛应用于于食品包装装领域；东东欧生物降降解包装也也保持着高高增长率，在在20066年8211 t的基基础上保持持24.66%的年均均增长率；中国、日日本、泰国国等亚洲国国家也出现现了许多公公司生产可可降解塑料料包装，每每年产量也也都在万吨吨级别。可可见，发展展可降解塑塑料产业的的优势不仅仅仅体现在在对自然环环境的保护护方面，在在经济效益益方面也有有巨大的发发展潜力。1.2 生物降降解塑料的的定义生物降解塑塑料是指在在自然环境境下通过微微生物的生生命活动能能很快降解解的高分子子材料

4、或者者以淀粉等等天然物质质为基础生生产的塑料料，大到电电视机的支支架 电脑脑框体，小小到小摆件件、厨房垃垃圾袋等。按按其降解特特性可分为为完全生物物降解塑料料和生物破破坏性塑料料。按其来来源则可分分为天然高高分子材料料、微生物物合成材料料、化学合合成材料、掺掺混型材料料等。与烃烃类聚合物物不同。生生物聚合物物可被微生生物破解并并用作堆肥肥。1.3 可降解塑塑料评价方方法 近年来，国国内外都在在努力寻找找一个能被被人类所接接受的降解解塑料的定定义及其评评价方法。影影响比较大大的是，欧欧洲制定的的CEN标标准，强调调包装材料料的回收再再利用以及及堆肥处理理；英国标标准组织BBSi 则则强调了包包装

5、材料的的环境效应应，着重于于薄膜的氧氧化降解；其中，被被大家所共共识且认可可程度最高高的是美国国材料试验验协会(AAmeriican Sociiety for Testting and Mateerialls，ASSTM)对对降解薄膜膜所作的定定义及评价价方法。对对可降解塑塑料的评价价可分为两两方面，一一方面是塑塑料的基本本性能评价价，另一方方面是塑料料的降解性性评价。一一种好的降降解材料应应该同时具具备耐用性性和可降解解性。 1.3.11 塑料力力学性能评评价 塑料的基本本性能评价价包括：力力学性能、抗抗吸湿性、抗抗酸碱腐蚀蚀性、抗溶溶解性、抗抗氧化性、物物理外观（透透光性、表表面光滑程程度

6、）等，均均有相应的的国家标准准 。材料料性能的评评价最简单单也是最常常用的方法法是塑料的的力学性能能检测，这这类方法可可判断材料料的强度及及耐用性。1.3.22 塑料降降解性能评评价 世界上对可可生物降解解的试验评评价已经进进行了三十十多年，很很多国家都都提出了一一些试验评评价方法，同同时也制订订了一系列列标准，我我国制定的的塑料降解解性能国家家标准如表表1所示。其其中ISOO 148851、IISO 1148522和ISOO 148855属于于需氧实验验法；ISSO 144853属属于厌氧实实验法；GGB/T 176003、GBB/T 1155966属于光解解实验法。表1 降降解性能试试验国

7、家标标准标准序号标标标准名称ISO 1154622水质量用于生物物降解能力力的试验选选择ISO 11459水体系培养养液中有机机组分最终终需氧生物物降解能力力的评价通过分析析密封容 器中中无机碳的的方法（CCO2顶部部试验）ISO 1148511水系培养液液中需氧条条件下塑料料材料生物物降解能力力的测定通过测定定密封容器器中氧气消消耗量的方方法ISO 1148522水系培养液液中需氧条条件下塑料料材料生物物降解能力力的测定通过分析析释放的二二氧化碳的的方法ISO 1148555可控堆肥条条件下塑料料最终需氧氧生物降解解能力和崩崩裂的测定定分析释释放的二氧氧化碳的方方法ISO 1148133水培

8、养液中中的厌氧生生物降解试试验在无氧氧环境中测测定二氧化化碳和甲烷烷的发生量量GB/T 176003光解性塑料料户外暴露露试验方法法GB/T 155996塑料暴露于于玻璃下日日光或自然然气候或人人工光后颜颜色和性能能变化的测测定2生物降降解塑料 降解塑料按按照降解机机理可大致致分为光降降解塑料、生生物降解塑塑料和光-生物双降降解塑料。其其中，具有有完全降解解特性的生生物降解塑塑料和具有有光-生物物双重降解解特性的光光/生物双双降解塑料料，是目前前主要的研研究开发方方向和产业业发展方向向。光降解塑料料由于价格格较高，又又只能在光光照下降解解，受地理理环境、气气候制约性性很大，埋埋地部分不不能降解

9、等等表现出来来的诸多缺缺点使得光光降解最终终退出历史史舞台，而而生物降解解所变现出出的优良的的全降解性性能，使得得各国开始始把研究目目光转向生生物降解。目目前研究开开发的生物物降解材料料有天然高高分子材料料、微生物物合成高分分子材料、人人工合成高高分子材料料以及共混混性高分子子(添加型型)材料。天天然高分子子型是利用用淀粉、纤纤维素、甲甲壳质、蛋蛋白质等天天然高分子子材料制备备的生物降降解材料。生物合成的的完全生物物降解塑料料是微生物物把某些有有机物作为为食物源，通通过生命活活动合成的的高分子化化合物。通通过微生物物合成而得得到的生物物降解塑料料以聚羟基基脂肪酸酯酯 (PHHA) 类类为多，其

10、其中最常见见的有聚 3- 羟羟基丁酸酯酯 (PHHB)、聚聚羟基戊酸酸酯(PHHV) 及及 PHBB 和 PPHV 的的共聚物 (PHBBV)。3 聚乳酸酸3.1 聚乳酸酸的基本性性质聚乳酸(PPLA)是是以微生物物的发酵产产物L_乳乳酸为单体体聚合成的的一类聚合合物，有独独特的可生生物降解性性能、生物物相容性能能和降解后后不会遗留留任何环保保问题等特特点，将成成为未来应应用发展前前景广阔的的生态环保保材料。聚乳酸耐水水但是不能能耐高温。虽虽然不是水水溶性的，但但是海洋环环境中的微微生物也能能使之降解解成二氧化化碳和水。这这种塑料类类似透明的的聚苯乙烯烯，表现出出很好的外外观（有光光泽和透明明

11、度），但但它是硬为为且脆的材材料，在大大多数实际际应用中需需要改性（例例如用增塑塑剂来提高高其柔韧性性）。它可可以和许多多热塑性塑塑料一样被被加工成纤纤维、薄膜膜，热成型型或者注塑塑成型。表2 聚聚乳酸的基基本性能性能PDLAPLLAPDLLAA溶解性均可溶于二二唖烷、氯氯仿、二氯氯甲烷等PDLLLA溶解性性最好不不溶于脂肪肪烃、乙醇醇、甲醇等等固体结构结晶性结晶性无定形性熔点/18080玻璃化温度度/58热分解温度度/200215185 2000拉伸率/2030020300断裂强度/g.d-14.055.05.066.0水解性（337的生理盐盐水中强度度减半时间间/月）4646233.2 聚

12、乳酸的的性能聚乳酸(PPLA)是是一种典型型的合成类类可完全生生物降解材材料，由于于其具有可可靠的生物物安全性、生生物可降解解性、对环环境友好、良良好的力学学性能及易易于加工成成形等优点点，目前已已被广泛应应用于生物物医用高分分子、纺织织行业、农农用地膜和和包装等行行业。3.311 聚乳乳酸类生物物可降解材材料的合成成合成聚乳酸酸的原料是是乳酸，其其分子中含含有一个手手性碳原子子，具有旋旋光性。因因此，聚乳乳酸具有左左旋聚乳酸酸(L-PPLA)、右右旋聚乳酸酸(D-PPLA)、外外消旋聚乳乳酸（D，LL-PLAA)和内消消旋聚乳酸酸(messo-PLLA)等几几种光异构构聚合体，其其中最常用用

13、的是左旋旋异构聚合合体L-PPLA。各各种异构PPLA的合合成方法相相同，均以以乳酸或其其衍生物乳乳酸酯为原原料，其具具体合成工工艺大致可可分为间接接合成二步步法、直接接合成法和和共聚改性性法3种。合合成技术的的进展主要要体现在对对具体工艺艺的改进和和完善上。图1 聚聚乳酸的合合成路线3.3.22聚乳酸的的工业合成方法聚乳酸的合合成方法通通常有两种种，即丙交交酯(乳酸酸的环状二二聚体)的的开环聚合合和乳酸的的直接聚合合。丙交酯开开环聚合首先由乳酸酸经脱水环环构化制得得丙交酯：乳酸 丙酯酯由丙内酯经经开环聚合合制得聚丙丙内酯（即即聚乳酸，简简称PLAA）：丙酯 聚乳酸酸（PLAA）其生产工序序为

14、：第一一步将乳酸酸脱水环化化制成丙交交酯；第二二步将丙交交酯开环聚聚合制得聚聚乳酸（二二步法）。其其中乳酸的的环化和提提纯是制备备丙交酯的的难点，也也是制备聚聚乳酸的关关键。这种种方法可制制得高分子子量的聚乳乳酸，可以以较好地满满足成纤聚聚合物和骨骨固定材料料等的要求求，因此是是当今生产产聚乳酸的的主要方法法。乳酸直接接聚合 乳酸 聚乳酸酸（PLAA）由精制的乳乳酸直接进进行聚合，是是制备聚乳乳酸最早也也是最简单单的方法。该该法生产工工艺简单，但但得到的聚聚合物分子子量低，且且分子量分分布较宽，其其加工性能能等尚不能能满足成纤纤聚合物的的需要；而而且聚合反反应在高于于180的条件下下进行，得得

15、到的聚合合物极易氧氧化着色，使使应用受到到一定的限限制。3.4 聚乳酸酸的应用聚乳酸类材材料具有很很高的附加加值，其研研究与开发发对国民经经济的增长长和社会的的发展具有有极其重要要的意义。可可完全生物物降解聚乳乳酸现已广广泛应用于于医药、纺纺织、农业业和包装等等领域。3.4.11 药物物控制释放放体系用可降解的的生物高分分子作药物物载体长期期植入体内内后，可以以控制药物物的释放速速度，并实实现药物的的靶向释放放，提高药药效。3.4.22 骨科科组织工程程材料PLA是骨骨组织工程程中的优选选材料之一一，在硬骨骨组织再生生、软骨组组织再生、人人造皮肤、神神经修复等等方面均可可作为细胞胞生长载体体，

16、并取得得了令人满满意的结果果。3.4.33 可吸吸收手术缝缝合线聚乳酸类材材料用作外外科手术缝缝合线时，由由于其具有有良好的生生物降解性性，能在伤伤口愈合后后自动降解解并被吸收收而无需二二次手术。随随着伤口的的愈合，缝缝合线缓慢慢降解。3.4.44 在其其它领域中中的应用PLA在富富氧及微生生物的作用用下会自动动分解，并并最终生成成C02和和H20而而不污染环环境。PLLA作为可可完全生物物降解塑料料，越来越越受到人们们的重视。可可将PLAA制成农用用薄膜、纸纸代用品、纸纸张塑膜、包包装薄膜、食食品容器、生生活垃圾袋袋、农药化化肥缓释材材料、化妆妆品的添加加成分等。随着 PLLA 等可可生物降

17、解解塑料材料料的应运而而生，在原原有聚乙烯烯等传统不不可降解塑塑料制品中中加入适量量PLA 等生物材材料制成的的塑料制品品，既可部部分实现生生物降解，原原有的力学学性能又没没有明显的的改变。这这一技术突突破为解决决废旧塑料料制品污染染找到了一一条新途径径，也为塑塑料价值链链带来了新新机遇。生生物塑料和和普通塑料料共混使用用，在日本本已经比较较普遍，如如丰田汽车车公司的塑塑料零部件件中，300%使用了了可生物降降解塑料，770%为传传统塑料这这样既提高高了塑料部部件的可降降解程度，成成本增加又又不是很大大，市场接接受起来也也相对容易易一些。4 聚乳酸降降解作用探探究4.1 PLA降降解微生物物及

18、降解酶酶已有研究表表明，自然然界中目前前已知的能能够降解聚聚乳酸的微微生物十分分有限。通通过对不同同土壤环境境中能够降降解聚酯的的微生物情情况进行评评价，结果果显示自然然界中降解解PHB(聚-羟基丁丁酸酯)、PPCL和PPTMS(聚四亚甲甲基琥珀酯酯)的微生生物数量是是基本相似似的，大约约都在08111，这这能与这些些聚酯材料料的酯键极极易被相关关脂肪酶水水解有关：而降解PPLA的微微生物数量量则不到00.04。土壤掩掩埋的对照照实验也显显示，PLLA在土壤壤中的降解解速度相对对比较缓慢慢，一般需需要几年时时间。目前前，人们通通过土壤和和菌种库筛筛选，已经经分离到了了大约几十十种能够降降解PL

19、AA的菌株，其其中大部分分降解菌都都属于放线线菌，例如如Amyccolattopsiis属菌株株，Kibbdeloosporrangiium aariduum和Sacccharoothriix waaywayyandeensiss等。4.2 PLA生生物降解机机制的研究究PLA是乳乳酸单体之之间通过酯酯键连接的的，其降解解应该是以以酯键的断断裂为基础础。但研究究结果发现现，大部分分脂肪酶对对PLA没没有降解作作用。4.3 废弃物生生物处理系系统的探索索PLA产品品废弃后，为为了加快其其生物降解解和实现其其有效循环环利用，开开发PLAA的循环处处理系统是是十分必要要的。关于于PLA循循环利用的的

20、方法已经经有过一些些报道，例例如在高于于200下的温度度下促使其其分解和水水解。随着着越来越多多PLA降降解菌株和和酶的发现现，人们开开始尝试开开发PLAA废弃物的的生物处理理系统。5 展展望环境保护已已成为人类类在21世世纪所面临临的主要问问题，聚乳乳酸是以淀淀粉等可再再生资源为为原料，最最终完全生生物降解为为二氧化碳碳和水，符符合当今世世界所倡导导的可持续续发展战略略。聚乳酸酸材料具有有良好的可可降解性、生生物相容性性，有着广广泛的研究究和应用前前景。对于于PLA来来讲，其生生物降解的的研究刚刚刚处于起步步阶段，分分离到的降降解菌株和和降解酶相相对较少，降降解机制还还不完全清清楚，其生生物

21、循环还还没有被实实现。今后聚乳酸酸类生物材材料研究的的重点将是是研制无毒毒、高活性性、反应条条件温和、可可控聚合物物分子量及及分布的催催化剂，尤尤其是活性性聚合催化化剂。但是聚乳酸酸也存在缺缺乏生物活活性、过高高的价格这这些明显的的缺点，限限制了其广广泛应用。所所以，进行行仿生设计计，制备具具有模仿细细胞微环境境的聚乳酸酸生物活性性材料或是是制备具有有特异性生生物功能的的聚乳酸生生物活性医医用材料，是是今后一个个重要的研研究内容。目目前，聚乳乳酸主要用用于高附加加值的医用用材料，还还未能广泛泛应用于其其他行业。相信在不久久的将来，在在国内外学学者的共同同努力下，随随着聚乳酸酸的合成方方法及生产

22、产工艺研究究的不断深深入及其生生产成本的的大幅度降降低，将会会在生物医医药、农林林业、食品品工业、包包装等方面面展现出广广阔的应用用前景。因因此，聚乳乳酸类生物物材料势必必成为211世纪最重重要的生物物高分子材材料之一！【参考文献献】1 陈陈佑宁,张张知侠,党党西妹, 樊国栋，聚乳酸的的合成和改改性研究进进展，科技导报,20009,277(17);TQ3326.992 袁袁芳，聚乳酸合合成工艺研研究，CNKII:CDMMD:2.20033.0977065，20033,TQ31163 吴吴进喜，可可降解塑料料的研究现现状及发展展前景JJ中国高高新技术企企业，20010，224；6-7 4 何潇，沈沈青，生物物高分子材材料在药物物传递系统统中的降解解， 广州化化学，20010，335（1），554-6775 孙孙丽芳 刘刘芝兰，生生物降解材材料聚已内内酯的研究究与应用前前景，科技产业业，20002,233；33-35