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生物降解袋中的PLA是如何制得的?

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在日本,PLA已通過(guò)抗霉性測(cè)試和食品衛(wèi)生法370號(hào)的衛(wèi)生安全性確認(rèn)。由于農(nóng)林水產(chǎn)省和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省食堂中的食品器具導(dǎo)入試驗(yàn)(2003年11月~2005年3月,及2004年3~4月)的成功,及愛(ài)知世博(2005年日本國(guó)際博覽會(huì))會(huì)場(chǎng)中的作為各種食品器具的主要材料的實(shí)用性和再生性得到證實(shí),PLA今后在食品器具和生鮮食品用發(fā)泡片材等方面的發(fā)展十分值得期待。

因?yàn)榫廴樗幔≒LA)具有不對(duì)稱(chēng)碳而具有光學(xué)活性,PLA也是由L-單體,然后采用開(kāi)環(huán)聚合制備聚乳酸,是目前最常用的試驗(yàn)方法和工業(yè)制備方法,具體的材料來(lái)源、制備方法、應(yīng)用領(lǐng)域和生物降解的循環(huán)如圖一所示。


生物降解袋中的PLA是如何制得的?(圖1)

聚乳酸綠色塑料的生物循環(huán)鏈 圖一

PLA是以淀粉發(fā)酵發(fā)制得的L-乳酸為原料,再經(jīng)化學(xué)聚合法合成的。所以是介于微生物產(chǎn)生類(lèi)和化學(xué)合成類(lèi)之間的高分子物質(zhì)。玉米、馬鈴薯等的淀粉酶促進(jìn)水解生成D-葡萄糖,再經(jīng)乳酸發(fā)酵生成L-乳酸,然后再把L-乳酸加熱縮聚生成乳酸低聚物,再開(kāi)環(huán)聚合成分子量30萬(wàn)~90萬(wàn)的聚L-乳酸,這種方法稱(chēng)為L(zhǎng)-丙交酯發(fā),也是最常用的方法。但是最近也用乳酸的直接脫水縮合(三井化學(xué)法)成功制備了分子量10萬(wàn)~20萬(wàn)的PLA。

生物降解袋中的PLA是如何制得的?(圖2)

L-丙交脂法合成PLA  圖二

如圖所示,以玉米發(fā)酵合成PLA時(shí)各階段的理論收率。根據(jù)這個(gè)計(jì)算,大約10粒玉米可以合成PLA的A4薄膜(約2g)一張。全世界的玉米產(chǎn)量為5.5億噸,只要把廢棄玉米中的一部分用來(lái)生產(chǎn)聚乳酸,就足以確保產(chǎn)量。

生物降解袋中的PLA是如何制得的?(圖3)
 
由于米合成PLA的理論收率 圖三

PLA薄膜的拉伸強(qiáng)度及延伸率與PE幾乎相同。以雙向拉伸薄膜為例,PLA的拉伸強(qiáng)度和延伸率分別為190MPa和135%,而PE分別為235MPa和130%。但是問(wèn)題在于PE熔點(diǎn)為264℃,而PLA只有170℃。

從化學(xué)結(jié)構(gòu)上推斷,由于出發(fā)單體上有不對(duì)稱(chēng)碳原子,所以存在L-體和D-體兩種結(jié)構(gòu)類(lèi)型,如圖所示。此前認(rèn)為天然存在的只有L-乳酸,但是最近也發(fā)現(xiàn)了可合成D-乳酸的微生物。L-乳酸合成的聚(L-乳酸)和D-乳酸合成的聚(D-乳酸),以1:1的比例在溶液或熔融狀態(tài)混合時(shí),各自的分子鏈在結(jié)晶中交互定向,形成立體復(fù)合物。此立體復(fù)合物中,右螺旋3圈結(jié)構(gòu)的左螺旋3圈結(jié)構(gòu)在結(jié)晶中交互定向。熔點(diǎn)可達(dá)到230℃,遠(yuǎn)超過(guò)均聚物的熔點(diǎn)(170℃)。所以,就克服了一般聚酯耐熱性低的缺點(diǎn),可以用做高強(qiáng)度、高耐熱性材料。

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