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　　聚乳酸的熱穩(wěn)定性好，加工溫度170～230℃，有好的抗溶劑性，可用多種方式進(jìn)行加工，如擠壓、紡絲、雙軸拉伸，注射吹塑。由聚乳酸制成的產(chǎn)品除能生物降解外，生物相容性、光澤度、透明性、手感和耐熱性好，還具有一定的耐菌性、阻燃性和抗紫外性，因此用途十分廣泛，可用作包裝材料、纖維和非織造物等，目前主要用于服裝(內(nèi)衣、外衣)、產(chǎn)業(yè)(建筑、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、造紙)和醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域。

一、聚乳酸的優(yōu)點

　　聚乳酸的優(yōu)點主要有以下幾方面：
　?。?）聚乳酸（PLA）是一種新型的生物降解材料，使用可再生的植物資源（如玉米）所提出的淀粉原料制成。淀粉原料經(jīng)由發(fā)酵過程制成乳酸，再通過化學(xué)合成轉(zhuǎn)換成聚乳酸。其具有良好的生物可降解性，使用后能被自然界中微生物完全降解，最終生成二氧化碳和水，不污染環(huán)境，這對保護(hù)環(huán)境非常有利，是公認(rèn)的環(huán)境友好材料。關(guān)愛地球，你我有責(zé)。世界二氧化碳排放量據(jù)新聞報道在2030年全球溫度將升至60℃，普通塑料的處理方法依然是焚燒火化，造成大量溫室氣體排入空氣中，而聚乳酸塑料則是掩埋在土壤里降解，產(chǎn)生的二氧化碳直接進(jìn)入土壤有機質(zhì)或被植物吸收，不會排入空氣中，不會造成溫室效應(yīng)。
　?。?）機械性能及物理性能良好。聚乳酸適用于吹塑、熱塑等各種加工方法，加工方便，應(yīng)用十分廣泛。可用于加工從工業(yè)到民用的各種塑料制品、包裝食品、快餐飯盒、無紡布、工業(yè)及民用布。進(jìn)而加工成農(nóng)用織物、保健織物、抹布、衛(wèi)生用品、室外防紫外線織物、帳篷布、地墊面等等，市場前景十分看好。
　?。?）相容性與可降解性良好。聚乳酸在醫(yī)藥領(lǐng)域應(yīng)用也非常廣泛，如可生產(chǎn)一次性輸液用具、免拆型手術(shù)縫合線等，低分子聚乳酸作藥物緩釋包裝劑等。
　?。?）聚乳酸（PLA）除了有生物可降解塑料的基本的特性外，還具備有自己獨特的特性。傳統(tǒng)生物可降解塑料的強度、透明度及對氣候變化的抵抗能力皆不如一般的塑料。
　?。?） 聚乳酸（PLA）和石化合成塑料的基本物性類似，也就是說，它可以廣泛地用來制造各種應(yīng)用產(chǎn)品。聚乳酸也擁有良好的光澤性和透明度，和利用聚苯乙烯所制的薄膜相當(dāng)，是其它生物可降解產(chǎn)品無法提供的。
　?。?）聚乳酸（PLA）具有最良好的抗拉強度及延展度，聚乳酸也可以各種普通加工方式生產(chǎn)，例如：熔化擠出成型，射出成型，吹膜成型，發(fā)泡成型及真空成型，與目前廣泛所使用的聚合物有類似的成形條件，此外它也具有與傳統(tǒng)薄膜相同的印刷性能。如此，聚乳酸就可以應(yīng)各不同業(yè)界的需求，制成各式各樣的應(yīng)用產(chǎn)品。
　　（7）聚乳酸（PLA）薄膜具有良好的透氣性、透氧性及透二氧二碳性，它也具有隔離氣味的特性。病毒及霉菌易依附在生物可降解塑料的表面，故有安全及衛(wèi)生的疑慮，然而，聚乳酸是唯一具有優(yōu)良抑菌及抗霉特性的生物可降解塑料。
　?。?）當(dāng)焚化聚乳酸（PLA）時，其燃燒熱值與焚化紙類相同，是焚化傳統(tǒng)塑料（如聚乙烯）的一半，而且焚化聚乳酸絕對不會釋放出氮化物、硫化物等有毒氣體。 人體也含有以單體形態(tài)存在的乳酸，這就表示了這種分解性產(chǎn)品具有的安全性。

二、聚乳酸的制備方法

　　聚乳酸生產(chǎn)是以乳酸為原料，傳統(tǒng)的乳酸發(fā)酵大多用淀粉質(zhì)原料，目前美、法、日等國、家已開發(fā)利用農(nóng)副產(chǎn)品為原料發(fā)酵生產(chǎn)乳酸，進(jìn)而生產(chǎn)聚乳酸。
　　由乳酸制聚乳酸生產(chǎn)工藝有：
　　（1）直接縮聚法，在真空下使用溶劑使脫水縮聚。日本在這方面做了大量的研究，但最終沒有成功實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。
　?。?）二步法，使乳酸生成環(huán)狀二聚體丙交酯，在開環(huán)縮聚成聚乳酸。這一技術(shù)較為成熟，美國NatureWorks公司生產(chǎn)聚乳酸工藝的工藝即為該工藝。中國的海正與中科院共同研制的聚乳酸生產(chǎn)技術(shù)也與此相似，主要過程是原料經(jīng)微生物發(fā)酵制得乳酸后，再經(jīng)過精制、脫水低聚、高溫裂解，最后聚合成聚乳酸。
　?。?）反應(yīng)擠出制備高分子量聚乳酸 用間歇式攪拌反應(yīng)器和雙螺桿擠出機組合,進(jìn)行連續(xù)的熔融聚合實驗,可獲得由乳酸通過連續(xù)熔融縮聚制得的分子量達(dá)150000的聚乳酸。利用雙螺桿擠出機將低摩爾質(zhì)量的乳酸預(yù)聚物在擠出機上進(jìn)一步縮聚,制備出較高摩爾質(zhì)量的聚乳酸。在反應(yīng)溫度為150℃、催化劑用量為0.5%、螺桿轉(zhuǎn)速為75 r/min時可通過雙螺桿反應(yīng)擠出縮聚法快速有效地提高聚乳酸的摩爾質(zhì)量,而且反應(yīng)擠出產(chǎn)物分散系數(shù)減小,均勻性變好。通過DSC曲線的比較發(fā)現(xiàn),通過反應(yīng)擠出縮聚法制得的聚乳酸的結(jié)晶度有所降低,這對改善聚乳酸材料在使用過程中表現(xiàn)出較大的脆性是有益的。

三、聚乳酸制備的最新專利公開

　　BRUSSELS BIOTECH (BE)2004年2月13日公開的世界專利WO2004014889，報道了聚乳酸的制備，其獨立權(quán)項包括如下內(nèi)容：（1）按以下方法制備乳酸：(a)蒸發(fā)乳酸或乳酸衍生物溶液制備分子量為400-2000、總?cè)樗岬葍r酸度119-124.5%、光學(xué)純度相當(dāng)于90-100%L-聚乳酸的低聚體；（b）將低聚體和解聚催化劑加入到解聚反應(yīng)器，制備得到一富含乳酸的氣相和富含低聚體的液相；(c)冷凝氣相得到液態(tài)粗乳酸；（d）將粗乳酸抽取結(jié)晶；(e)分離和排出晶體得到一富含乳酸晶體的濕餅；(f)干燥濕餅，得到預(yù)純化乳酸；和(g)結(jié)晶預(yù)純化乳酸得到殘留酸度低于10meq/kg、水含量低于200ppm和meso-乳酸含量低于1%的純化乳酸；（2）聚合以上得到的乳酸制得聚乳酸。
　　BOTELHO T 等2004年公開的專利 WO2004057008-A1，報道了一種可用于糖果包裝材料的聚乳酸的制備方法，主要是通過發(fā)酵法得到，其實施例報道的具體方法為：將培養(yǎng)液（451）（包括乳清，牛奶蛋白和其它營養(yǎng)成分如無機鹽和半光胺酸）加熱到70℃并保持45分鐘，再冷卻到45℃。加入乳酸菌helveticus (9克)和Flavourzyme(RTM)(A) (26.5克)。批式發(fā)酵9小時，補加含乳清、乳糖和Flavourzyme (RTM)的新鮮肉湯。用氨氣調(diào)節(jié)pH為5.75，生物密度控制于7-8%，發(fā)酵過程中連續(xù)通氣，通氣量為1升/分鐘。在34天的發(fā)酵期內(nèi)稀釋率為0.15-0.3/小時。流出液中的乳酸鹽為4%，稀釋速度為0.3/小時下產(chǎn)率為12克/升.小時。乳酸流出液采用離子交換樹脂和螯合劑分離，再經(jīng)過兩次連續(xù)電滲析，回收率為85-90%。
　　HANZSCH BERND等2003年8月21日公開的美國專利US2003158360，報道了一種聚乳酸的制備方法，步驟如下：發(fā)酵淀粉類農(nóng)產(chǎn)品得到乳酸，通過超濾，納米濾和/或電滲析超純化乳酸，濃縮乳酸，制備預(yù)聚物，環(huán)化解聚為雙乳酸，純化雙乳酸，開環(huán)雙乳酸聚合物和脫單體化聚乳酸得到。
　　SHIMADZU CORP 2002年10月15日公開的JP2002300898，報道了一種生產(chǎn)乳酸和聚乳酸的方法。具體方法為：（1）利用乳酸銨合成乳酸酯；（2）在除丁基錫外的催化劑存在下，縮聚乳酸酯，合成平均分子量小于15000mol.wt聚乳酸（乳酸預(yù)聚體）；（3）解聚聚乳酸得到乳酸；該方法進(jìn)一步包括開環(huán)乳酸聚合物制備聚乳酸。
　　SHIMADZU CORP、OHARA H、TOYOTA JIDOSHA KK、ITO M和SAWA S 2002年8月8日公開的專利 WO200260891-A ，報道了用于生產(chǎn)生物可降解塑料的乳酸和聚乳酸的制備方法，該專利的實施例之一報道的方法如下：發(fā)酵得到的L-乳酸銨在90-100℃下與乙醇反應(yīng)，分離、收集乙醇；120℃下脫去反應(yīng)中的水；通過蒸餾提純得到的乳酸乙酯，在辛基錫存在下于160℃縮聚乳酸乙酯，并脫去乙醇。將得到的反應(yīng)液于200℃下蒸餾得到乳酸，產(chǎn)率為99.2%。在辛基錫存在下聚合乳酸制得乳酸。　NATL INST OF ADVANCED INDUSTRIAL SCIENCE TECHNOLOGY METI、 KONAN KAKO KK和 TOKIWA YUTAKA2001年8月21日公開的日本專利JP2001224392，報道了采用水解酶代替有機金屬催化劑制備聚乳酸。

四、聚乳酸的市場應(yīng)用

　　PLA最大的制造商是美國NatureWorks公司，其次是中國的海正，他們目前的產(chǎn)量分別是7萬噸和5千噸。PLA有很多的應(yīng)用，可以在擠出、注塑、拉膜、紡絲等多領(lǐng)域應(yīng)用，具體如下：
　?。?）擠出級樹脂的市場應(yīng)用
　　擠出級樹脂是PLA的主要用途，主要用于大型超市里新鮮蔬果包裝，該類包裝已成為歐洲市場鏈中的重要一員；其次用于一些宣揚安全、節(jié)能、環(huán)保的電子產(chǎn)品包裝上。在這些用途中PLA高透明度、高光澤度、高鋼性等優(yōu)點體現(xiàn)得淋漓盡致，目前已經(jīng)是PLA應(yīng)用的主導(dǎo)方向。另外，擠出級樹脂在園藝上的應(yīng)用也開始獲得重視，目前在斜坡綠化、沙塵暴治理等領(lǐng)域已有所應(yīng)用。
　　然而，PLA的擠出加工卻并非易事，僅適合在一些先進(jìn)的PET擠出成型機上進(jìn)行加工，且擠出片材的厚度一般只在0.2-1.0mm范圍。加工過程對水 份含量及加工溫度尤其敏感，擠出加工時，一般要求其水份含量要小于50PPM，這對設(shè)備的干燥系統(tǒng)和溫控系統(tǒng)又提出了新的要求。加工過程中，如果沒有適宜的結(jié)晶設(shè)備，邊料的回收也是一大難題，這也正是市場上有大量PLA邊角料在流通的原因。
　?。?）注塑級樹脂的市場應(yīng)用。
　　在PLA的注塑應(yīng)用中，較為廣泛的是改性后的樹脂。盡管純PLA有著高透明度、高光澤度等優(yōu)點，但是其硬而脆、加工難度大且不耐熱等缺點影響了它在注塑方面的應(yīng)用。當(dāng)然，化學(xué)、塑料工業(yè)界都一直致力解決這些問題。例如，利用BPM-500這種添加劑可以提高PLA的沖擊強度；加入少量一種名為Biomax Strong的乙烯基共聚物可以改進(jìn) PLA的韌性；與另一種生物降解樹脂PHA共混可以改善PLA的一些性能；另外，日本的科學(xué)家們則開發(fā)出了一種添加紙漿的耐熱PLA樹脂。通過以上一些方式改性后的聚乳酸制品犧牲了透明性，但是卻改進(jìn)了聚乳酸在耐熱性、柔韌性、抗沖性等方面的缺陷，提高了其加工難易程度，因此應(yīng)用范圍也得到了拓展。在海正的注塑級樹脂銷售中大約有70％為改性聚乳酸。
　　而整體上，相對高昂的成本是阻礙PLA在注塑市場上廣泛應(yīng)用的最大原因。雖然純樹脂通過填充改性可以降低一些成本，但是在保證其性能的前提下，這一措施的作用也有限，如果需要在全生物降解這一前提之下改善PLA性能上的缺陷，比如耐熱性能，成本則更高。
　　（3）其他牌號樹脂的市場應(yīng)用主要有下表中幾個方面：
　　雙向拉伸膜是目前為止應(yīng)用最成功的PLA膜，經(jīng)過雙向拉伸并熱定型的PLA膜耐熱溫度可提高到90℃，正好彌補了PLA不耐高溫這一缺陷。通過對雙向拉伸取向及定型工藝的調(diào)整，還可以控制BOPLA膜的熱封溫度在70～160℃。這一優(yōu)勢是普通BOPET所不具備的。另外，BOPLA膜透光率達(dá)到94%，霧度極低，表面光澤度也非常好，該類膜可用于鮮花包裝、信封透明窗口膜、糖果包裝等等。
　　PLA無紡布中已經(jīng)有應(yīng)用的是紡粘無紡布，因為中國限塑令的實施，這一無紡布在用于購物袋的制作上較為熱門。而吹膜、淋膜這兩個領(lǐng)域則因為PLA本身的一些特性缺陷，應(yīng)用情況還在進(jìn)一步探索中，一些成功的應(yīng)用案例是將PLA改性后使用。
　　五、聚乳酸的制備流程
　　我們主要說說較常用的開環(huán)聚合方法，它的制程大致是這樣的：
　　1)取材
　　將玉米等殼類作物碾碎后，從中提取淀粉，然后將淀粉制成未精化的葡萄糖?，F(xiàn)在很多高技術(shù)已克服減去了碾碎的過程，直接從大量的農(nóng)作物中提取原料。
　　2)發(fā)酵
　　以類似生產(chǎn)啤酒或酒精的方式來發(fā)酵葡萄糖，而葡萄糖發(fā)酵后變成類似于食物添加用于人體肌肉組織內(nèi)中的乳酸。
　　3)中間型產(chǎn)物
　　將乳酸單體以特殊的濃縮制程，轉(zhuǎn)變成中間型產(chǎn)物——減水乳酸，即丙交酯。
　　4)聚合
　　丙交酯單體經(jīng)過真空凈化后，再以一種不使用溶劑的溶解制程來完成開環(huán)的動作，使單體聚合。
　　5)聚合物修飾
　　由于聚合物的分子量與結(jié)晶度的不同，可使材料特性的變化空間很大，所以因不同應(yīng)用的產(chǎn)品，將PLA做不同的修飾。