对聚乳酸的现状与发展方向的探讨8377.docx

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1、对聚乳酸的的现状与发发展方向的的探究10442213唐浚博 10444207韩智豪 099463221樊羽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60年代以来来人们开始始研究和开开发生物可可降解聚合合物及其制制品，以保保护环境20世纪90年代末刚刚刚实现工工业化的聚聚乳酸(Polyy-lacctic Acidd，PLA)是其中最最有发展前前景的一种种，它是一一种真正的的新型绿色色高分子材材料，也是是目前综合合性能最出出色的环保保材料。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探究究，意在通

2、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色材材料之一。其其在塑料领领域的发展展前途无量量。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260亿个，意意大利利用用玉米淀粉粉生产生物

3、物可降解塑塑料生产能能力达3.5万吨/年；美国国已有50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2006年821 t的基础上保持24.6%的年均增长率；中国、日本、泰国等亚洲国家也出现了许多公司生产可降解塑料包装，每年产量也都在万吨级别。可见，发展可降解塑料产业的优势不仅仅体现在对自然环境的保护方面，在经济效益方面也有巨大的发展潜力。1.2 生物降解解塑料的定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 电脑框

4、体体，小到小小摆件、厨房垃圾圾袋等。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 可降解塑料料评价方法法 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标准，强强调包装材材料的回收收再利用以以及堆肥处处理；英国国标准组织织BSi 则强调了了包装材料料的环境效效应，着重重于薄膜的的氧化降解解；其中，被被大家所共共识且认可可程度

5、最高高的是美国国材料试验验协会(Americaan Soocietty foor Teestinng annd Maateriials，ASTMM)对降解薄薄膜所作的的定义及评评价方法。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 塑料力学学性能评价价 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）等，均均有相应的的国家标准准 。材料性性能的评价价最简单也也是最常用用的方

6、法是是塑料的力力学性能检检测，这类类方法可判判断材料的的强度及耐用性。1.3.22 塑料降解解性能评价价 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ISO 148551、ISO 1148522和ISO 148555属于需氧氧实验法；ISO 148553属于厌氧氧实验法；GB/TT 176603、GB/TT 155596属于光解解实验法。表1 降降解性能试验国国家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

7、 11459水体系培养养液中有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 器中无机机碳的方法法（CO2顶部试验验）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放放的二氧化化碳的方法法ISO 1148133水培养液中中的厌氧生生物降解试试验在无氧环环境中测定二氧化化碳和甲烷烷的发生量量GB/T 176003

8、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-生物双重重降解特性性的光/生物双降降解塑料，是是目前主要要的研究开开发方向和和产业发展展方向。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等等表现出来来的诸多缺缺点使得光光降解最终退出历历史舞台，而而生物降解解所变现出出的优良的的全降解性性能

9、，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)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) 类为多，其其中最常见见的有聚 3- 羟基丁酸酸酯 (PHHB)、聚羟基基戊酸酯(PHVV) 及 PHBB 和 PHVV

10、的共聚物 (PHHBV)。3 聚乳酸3.1 聚乳酸的的基本性质质聚乳酸(PPLA)是以微生生物的发酵酵产物L_乳酸为单单体聚合成成的一类聚聚合物，有有独特的可可生物降解解性能、生生物相容性性能和降解解后不会遗遗留任何环环保问题等等特点，将将成为未来来应用发展展前景广阔阔的生态环环保材料。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

11、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溶解性最好好不溶于于脂肪烃、乙乙醇、甲醇醇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 聚乳酸的的性能聚乳酸(PPLA)是一种典典型的合成成类可完全全生物降解解材料，由由于其具有有可靠的生生物安全性性、生物可可降解性

12、、对对环境友好好、良好的的力学性能能及易于加加工成形等等优点，目目前已被广广泛应用于于生物医用用高分子、纺纺织行业、农农用地膜和和包装等行行业。3.311 聚乳酸类类生物可降降解材料的的合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(L-PPLA)、右旋聚聚乳酸(D-PPLA)、外消旋旋聚乳酸（D，L-PLLA)和内消旋聚聚乳酸(messo-PLLA)等几种光光异构聚合合体，其中中最常用的的是左旋异异构聚合体体L-PLLA。各种异异构PLA的合成方方法相同，均均以乳酸或或其衍生物物乳酸酯为为原料，其其具体合成成工艺大致致可分为

13、间间接合成二二步法、直直接合成法法和共聚改改性法3种。合成成技术的进进展主要体体现在对具具体工艺的的改进和完完善上。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(乳酸的环环状二聚体体)的开环聚聚合和乳酸酸的直接聚聚合。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PLA）：丙酯 聚乳酸（PLA）其生产工序序为：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

14、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。乳酸直接接聚合 乳酸 聚乳酸（PLA）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 聚乳酸的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

15、发展具有有极其重要要的意义。可完全全生物降解解聚乳酸现现已广泛应应用于医药药、纺织、农农业和包装装等领域。3.4.11 药物控制制释放体系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 骨科组织织工程材料料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，并取得得了令人满满意的结果果。3.4.33 可吸收手手术缝合线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

16、降解解并被吸收收而无需二二次手术。随着伤伤口的愈合合，缝合线线缓慢降解解。3.4.44 在其它领领域中的应应用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H20而不污染染环境。PLA作为可完完全生物降降解塑料，越越来越受到到人们的重重视。可将将PLA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 等可生物物降解塑料料材料的应应运而生，在在原有聚乙乙烯等传统统不可降解解塑料制品品中加入适适量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

17、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，30%使用了可可生物降解解塑料，70%为传统塑塑料这样既既提高了塑塑料部件的的可降解程程度，成本本增加又不不是很大，市市场接受起起来也相对对容易一些些。4 聚乳酸降解解作用探究究4.1 PLA降解微生生物及降解解酶已有研究表表明，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

18、解PHB(聚-羟基丁酸酸酯)、PCL和PTMS(聚四亚甲甲基琥珀酯酯)的微生物物数量是基基本相似的的，大约都都在0811，这能与与这些聚酯酯材料的酯酯键极易被被相关脂肪肪酶水解有有关：而降降解PLA的微生物物数量则不不到0.04。土壤壤掩埋的对对照实验也也显示，PLA在土壤中中的降解速速度相对比比较缓慢，一一般需要几几年时间。目目前，人们们通过土壤壤和菌种库库筛选，已已经分离到到了大约几几十种能够够降解PLA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

19、 waaywayyandeensiss等。4.2 PLA生物降解解机制的研研究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没有降解解作用。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PLA的循环处处理系统是是十分必要要的。关于PLA循环利用用的方法已已经有过一一些报道，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降解菌株株和酶的发发现，人们们开始尝试试开发PLA废弃物的的生物处理理系统。5 展展望环境保护已已成

20、为人类类在21世纪所面面临的主要要问题，聚聚乳酸是以以淀粉等可可再生资源源为原料，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来讲，其其生物降解解的研究刚刚刚处于起起步阶段，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

21、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，进行仿生生设计，制制备具有模模仿细胞微微环境的聚聚乳酸生物物活性材料料或是制备备具有特异异性生物功功能的聚乳乳酸生物活活性医用材材料，是今今后一个重重要的研究究内容。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21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,张知侠,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J中国高新新技术企业业，2010，24；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， 广州化学学，2010，35（1），54-6675 孙孙丽芳 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，20022,23；33-335