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31852-84-3

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基本信息

中文
聚乳酸
英文名称
polytrimethylene carbonate
1,3-Dioxan-2-one homopolymer
CAS
31852-84-3
中文名称
聚乳酸
聚三亚甲级碳酸酯
1,3-二氧杂环己烷-2-酮均聚物
分子式
C4H6O3
MOL 文件
31852-84-3.mol

常见问题列表

理化性质

聚乳酸又称聚羟基丙酸或聚交酯。由乳酸单体缩聚而成的可生物降解的高分子材料。可溶于氯仿、丙酮、二氧六环、二甲基甲酰胺、苯、甲苯等溶剂,不溶于石油醚等饱和烷烃。有良好的生物相容性和血液相容性,体外抗凝血性能好,可被人体降解,以二氧化碳和水排出体外。因此,聚乳酸可制成不同材料,如用熔融挤出法制成纤维作可吸收缝合线;纤维的编织物可作人体组织修补材料;制成薄膜材料用作肌腱组织的防粘连膜、骨膜生长隔离膜、药物缓释载体等。聚乳酸可与其他生物材料复合使用,如与磷酸三钙或碳纤维复合制成板材,可用作接骨板。
聚乳酸PLA的热稳定性好,加工温度170~230℃,有好的抗溶剂性,可用多种方式进行加工,如挤压、纺丝、双轴拉伸、注射、吹塑。由PLA制成的产品除能生物降解外,生物相容性、光泽度、透明性、手感和耐热性好,还具有一定的耐菌性、阻燃性和抗紫外性,还具有PS相似的光泽度和加工性能,因此具有广阔的市场前景,用途十分广泛,可用作包装材料、纤维和非织造物等,目前主要用于服装(内衣、外衣)、建筑、农业、林业、造纸和医疗卫生等领域。
聚乳酸PLA 化学结构式
图1为聚乳酸PLA的化学结构式。

聚乳酸特性

聚乳酸简称PLA,是以微生物的发酵产物L-乳酸为单体聚合成的一类聚合物,是一种无毒、无刺激性,具有良好生物相容性,可生物分解吸收,强度高,不污染环境,可塑性加工成型的高分子材料。具有良好的机械性能,高抗击强度,高柔性和热稳定性,不变色,对氧和水蒸气有良好的透过性,又有良好的透明性和抗菌、防霉性,使用寿命可达2~3年。
PLA的化学结构并不复杂,但由于乳酸分子中存在手性碳原子,有D型和L型之分,使丙交酯、PLA的种类因立体结构不同而有多种,PLA具有优异的生物降解性,废弃后一年内能被土壤中的微生物完全降解,生成CO2和水,对环境不产生污染。PLA本身属脂肪族聚酯,具有通用高分子材料的基本特性,有着良好的机械加工性能,能够胜任大多数合成塑料的用途,可用于制作包装材料、家电外壳或作为可降解纤维材料。聚乳酸(PLA)因其原料为可再生的生物资源,被产业界一致认定为新世纪最有发展前途的新型“生态材料”。
聚乳酸(PLA)是一种真正的生物塑料,30天内在微生物的作用下可彻底降解生成CO2和H2O。缺点是脆性高,热变形温度低(0.46MPa负荷下为54℃),结晶慢,但可分别通过和己内酰胺等共聚和添加结晶促进剂如滑石粉后退火处理加以改性,活性聚乳酸的结晶度可达40%,热变形温度提高到116~121℃。
聚乳酸PLA的产品性能指标图
图2为聚乳酸PLA的产品性能指标图。

聚乳酸的优点

(1)聚乳酸(PLA)是一种新型的生物降解材料,使用可再生的植物资源(如玉米、甘薯、土豆等)所提取的淀粉原料制成。淀粉原料经由发酵过程制成乳酸,再通过化学合成转换成PLA。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。随着全球温度不断升高,普通塑料的处理方法依然是焚烧火化,造成大量温室气体排入空气中,而PLA塑料则是掩埋在土壤里降解,产生的二氧化碳直接进入土壤有机质或被植物吸收,不会排入空气中,不会造成温室效应。
(2)PLA具有最良好的拉伸强度及延展度,力学性能及物理性能良好。PLA适用于吹塑、注塑、吸塑、压延等多种加工方法,加工方便,应用十分广泛。可用于加工从工业到民用的各种塑料制品、包装食品、快餐饭盒、无纺布、工业及民用布等。进而加工成农用织物、保健织物、抹布、卫生用品、室外防紫外线织物、帐篷布、地垫面等。此外,它也具有与传统薄膜相同的印刷性能,制成各式各样的应用产品。
(3)相容性与可降解性良好。PLA在医药领域应用十分广泛,如可生产一次性输液用具、免拆型手术缝合线等,低分子PLA作药物缓释包装剂等。
(4)聚乳酸除了有生物可降解塑料的基本特性外,还具备有自己独特的特性。传统生物可降解塑料的强度、透明度及对气候变化的抵抗能力皆不如一般的塑料。PLA和石化合成塑料的基本物性类似,也就是说,它可以广泛地用来制造各种应用产品。PLA也拥有良好的光泽性和透明度,和利用PS所制的薄膜相当,是其他生物可降解产品无法提供的。
(5)聚乳酸薄膜具有良好的透气性、透氧性,它也具有隔离气味的特性。病毒及霉菌易依附在生物可降解塑料的表面,故有安全及卫生的疑虑,然而,PLA是唯一具有优良抑菌及抗霉特性的生物可降解塑料。
(6)当焚化聚乳酸PLA时,其燃烧热值与焚化纸类相同,是焚化传统塑料(如PE)的一半,而且焚化PLA绝对不会释放出氮化物、硫化物等有毒气体。人体也含有以单体形态存在的乳酸,这就表示了这种分解性产品具有的安全性。

生产方法

聚乳酸生产是以乳酸为原料,传统的乳酸发酵大多用淀粉质原料,目前美、法、日等国家已开发利用农副产品为原料发酵生产乳酸,进而生产聚乳酸,英文缩写PLA。主要方法有:
(1)直接缩聚法 在真空下使用溶剂使脱水缩聚。日本在这方面做了大量的研究,但最终没有成功实现产业化。
(2)二步法 使乳酸生成环状二聚体丙交酯,再开环缩聚成PLA。这一技术较为成熟,美国Nature Works公司生产PLA的工艺即为该工艺。中国的海正与中科院共同研制的PLA生产技术也与此相似,主要过程是原料经微生物发酵制得乳酸后,再经过精制、脱水低聚、高温裂解,最后聚合成聚乳酸PLA。
(3)反应挤出制备高相对分子质量聚乳酸PLA 用间歇式搅拌反应器和双螺杆挤出机组合,进行连续的熔融聚合实验,可获得由乳酸通过连续熔融缩聚制得的相对分子质量达150000的PLA。利用双螺杆挤出机将低摩尔质量的乳酸预聚物在挤出机上进一步缩聚,制备出较高摩尔质量的PLA。在反应温度为150℃、催化剂用量为0.5%、螺杆转速为75 r/min时可通过双螺杆反应挤出缩聚法快速有效地提高PLA的摩尔质量,而且反应挤出产物分散系数减小,均匀性变好。通过DSC曲线的比较发现,通过反应挤出缩聚法制得的PLA结晶度有所降低,这对改善聚乳酸PLA材料在使用过程中表现出较大的脆性是有益的。
以上信息由Chemicalbook的彤彤编辑整理。

挤出级树脂的市场应用

挤出级树脂是聚乳酸PLA的主要用途,主要用于大型超市里新鲜蔬果包装,该类包装已成为欧洲市场链中的重要一员;其次用于一些宣扬安全、节能、环保的电子产品包装上。在这些用途中PLA高透明度、高光泽度、高刚性等优点体现得淋漓尽致,目前已经是PLA应用的主导方向。另外,挤出级树脂在园艺上的应用也开始获得重视,目前在斜坡绿化、沙尘暴治理等领域已有所应用。
然而,PLA的挤出加工却并非易事,仅适合在一些先进的PET挤出成型机上进行加工,且挤出片材的厚度一般只在0.2~1.0mm范围。加工过程对水分含量及加工温度尤其敏感,挤出加工时,一般要求其水分含量要小于50×10-6,这对设备的干燥系统和温控系统又提出了新的要求。加工过程中,如果没有适宜的结晶设备,边料的回收也是一大难题,这也正是市场上有大量PLA边角料在流通的原因。

注塑级树脂的市场应用

在聚乳酸PLA的注塑应用中,较为广泛的是改性后的树脂。尽管纯PLA有着高透明度、高光泽度等优点,但是其硬而脆、加工难度大且不耐热等缺点影响了它在注塑方面的应用。当然,化学、塑料工业界都一直致力于解决这些问题。例如,利用BPM-500这种添加剂可以提高PLA的冲击强度;加入少量一种名为Biomax Strong的乙烯基共聚物可以改进 PLA的韧性;与另一种生物降解树脂PHA共混可以改善PLA的一些性能;另外,日本的科学家们则开发出了一种添加纸浆的耐热PLA树脂。通过以上一些方式改性后的PLA制品牺牲了透明性,但是却改进了PLA在耐热性、柔韧性、抗冲性等方面的缺陷,提高了其加工容易程度,因此应用范围也得到了拓展。
而整体上,相对高昂的成本是阻碍PLA在注塑市场上广泛应用的最大原因。虽然纯树脂通过填充改性可以降低一些成本,但是在保证其性能的前提下,这一措施的作用也有限,如果需要在全生物降解这一前提之下改善PLA性能上的缺陷,比如耐热性能,成本则更高。

口腔固定材料

研究表明,该类可吸收性聚合材料有足够的强度,可以用于颌面部骨折的内固定。国外专家于1976年首次提出引导组织再生术(GTR)概念。一般将膜放在牙周组织与根组织之间的技术称为GTR,主要应用于牙周病治疗与口腔种植。将膜放在骨缺损与龈组织之间的技术称为引导骨组织再生术。聚乳酸PLA膜的优良性能不仅符合上述要求,而且因为可吸收性而适合应用于龈翻瓣术和半厚瓣提升术。也适合应用于口腔种植手术中组织瓣与骨膜的缝合,可增强组织与种植体的适应性。该膜虽有一定缺陷,但PLA-GTR技术已成为治疗种植体骨缺损与牙周炎骨缺损时可选用的成熟方法。

眼科材料

增生性玻璃体视网膜病变是视网膜脱离手术失败的主要原因之一。糖皮质激素和抗代谢药物有抗增殖作用,但由于药物在玻璃体内半衰期短,需反复注射方能维持有效浓度。而将聚乳酸PLA及其共聚物作为眼科材料制成长效缓释系统(DDS)就可能成为治疗增生性玻璃体视网膜病变的较好方法。糖皮质激素是治疗白内障术后炎症反应的常用药物,用含地塞米松60μg与PLA制成直径及厚度为1mm的粒状地塞米松-DDS,证实地塞米松-DDS比地塞米松滴眼液能更有效地减轻术后炎症反应,且无明显的不良反应,是安全有效的治疗方法,目前此剂型已在眼科临床上使用。另外,青光眼滤过术后抗瘢痕的药物和给药方法很多,但多很不理想。而长效DDS能维持较低的治疗浓度,应是较为理想的给药方法。

聚乳酸PLA在生物医药领域的应用

生物医药行业是聚乳酸PLA最早开展应用的领域。PLA对人体有高度安全性并可被组织吸收,加之其优良的物理力学性能,可应用在生物医药领域,如一次性输液工具、免拆型手术缝合线、药物缓解包装剂、人造骨折内固定材料、组织修复材料、人造皮肤等。高相对分子质量的PLA,有非常高的力学性能,在欧美等国已被用来替代不锈钢,作为新型的骨科内固定材料如骨钉、骨板而被大量使用,其可被人体吸收代谢的特性,使病人免受二次开刀之苦。其技术附加值高,是医疗行业发展前景较好的高分子材料。

电子电器领域的应用

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PLA的应用领域,各国都对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。
经过改性后的聚乳酸PLA,可改善PLA的耐冲性、耐热性、刚性和阻燃性等性能。已广泛用于制造电脑部件、手提笔记本外壳、手机零部件、影碟机壳体、光盘及家电零部件等,PLA与其他树脂、无机材料等材料可进行多元共混复合,生产成具有物理性能优异的新的塑料“合金”,这些材料的特性在抗静电、尺寸稳定性、撕裂强度、压缩强度、拉伸强度、抗冲击强度等方面都具有优良的特性,是较为理想的新型环保合成材料。

一次性用品的应用

聚乳酸PLA对人体绝对无害的特性使得PLA在一次性餐具、食品包装材料等一次性用品领域具有独特的优势。其能够完全生物降解也符合世界各国,特别是欧盟、美国及日本对于环保的高要求。但是采用PLA原料所加工的一次性餐具存在着不耐高温、不耐油及溶剂等缺陷。这样就造成其本身的功能作用大打折扣,以及在运输途中餐具变形、材质变脆,造成大量次品。不过,经过技术发展,目前市场有经过PLA改性后的材料,可以有效克服原来的缺点,有的甚至耐热温度高达120℃以上,可以用作微波炉用具材料。

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