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生物降解袋中的PLA是如何製得的?

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在日本,PLA已通過抗黴性(xìng)測試和食品衛生法370號的衛生安(ān)全性確認。由於農(nóng)林水產省和經濟產業省食堂中的食品器具導入試驗(yàn)(2003年11月~2005年3月,及(jí)2004年3~4月)的成功,及愛知(zhī)世(shì)博(2005年日本國際博覽會)會場中的作為各種食品(pǐn)器具的主(zhǔ)要材料的實用性和再生性得到證實,PLA今後在食(shí)品器具和生鮮食品用(yòng)發泡片材等方麵的發展十分值得期待。

因為聚乳(rǔ)酸(suān)(PLA)具有不對稱碳而具(jù)有光學活性,PLA也是由L-單體,然(rán)後采(cǎi)用開環聚(jù)合製備聚乳酸,是目前最常用的試驗(yàn)方法和工(gōng)業(yè)製備方(fāng)法,具體的材料來源、製備方法、應(yīng)用領域和生物降解的(de)循環如圖一所示。


生物降解袋中的PLA是如何製得的?(圖1)

聚乳酸綠色塑料的生物循環(huán)鏈 圖一

PLA是以澱粉發酵發製得的L-乳酸為原料,再經化學聚合法合成的。所以是介於微生物產生類和化學合成(chéng)類之間的高分子物質。玉米、馬(mǎ)鈴薯等的澱粉酶促進水解生成D-葡萄糖,再經乳酸(suān)發(fā)酵生(shēng)成L-乳酸,然後再把L-乳(rǔ)酸加熱縮聚(jù)生成乳酸低(dī)聚物,再開環聚(jù)合成分子量(liàng)30萬~90萬的聚L-乳酸,這種方法稱為L-丙交酯發,也是最常用的方法。但是最近也用乳酸的直接脫水縮合(三井化學法)成功製備(bèi)了分子量10萬~20萬的PLA。

生物降解袋中的PLA是如何製得的?(圖2)

L-丙交脂法合成PLA  圖二

如圖所示,以玉米(mǐ)發酵合(hé)成PLA時各階(jiē)段的理論收率。根據這個計算,大約10粒玉米可以合成PLA的A4薄膜(約2g)一張。全世界的玉米產量為5.5億噸(dūn),隻要(yào)把廢棄玉米中的一部分用來生產聚乳酸,就足以(yǐ)確保產量。

生物降解袋(dài)中的PLA是如何製得的?(圖(tú)3)
 
由於米(mǐ)合(hé)成PLA的(de)理論收率 圖三

PLA薄膜的(de)拉伸強度及延伸率(lǜ)與PE幾乎(hū)相同。以雙向拉伸薄膜為例,PLA的拉伸強度和延伸率(lǜ)分別(bié)為190MPa和135%,而PE分別為235MPa和130%。但是(shì)問題(tí)在於PE熔(róng)點為264℃,而PLA隻有170℃。

從化學結構上推斷,由於出發單體上有不對稱碳原子,所以存在L-體和D-體兩種結構類型,如圖所示(shì)。此前認為天然(rán)存在的隻有L-乳酸,但是最近也發現了可合成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混合時,各自的分(fèn)子鏈在結晶中交互(hù)定向,形成立體複合物。此立體複合物中,右螺旋3圈結構的左螺旋3圈結構在結晶(jīng)中交互定(dìng)向。熔(róng)點可達到(dào)230℃,遠超過均(jun1)聚物的熔點(170℃)。所以(yǐ),就(jiù)克服了一般聚酯耐熱性低的缺(quē)點(diǎn),可以用做(zuò)高強度(dù)、高耐熱性材料。

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