當前位置：首（shǒu）頁 » 博新（xīn）城新聞中心 » 新聞中心 » 行業動態 » 生（shēng）物質（zhì）降解材料聚乳（rǔ）酸（Poly(lactic acid)，PLA）

生（shēng）物（wù）質降解材料聚乳酸（Poly(lactic acid)，PLA）

來源：博（bó）新城查看手機網址

掃一掃!

掃一掃!

瀏覽（lǎn）：- 發布日期：2024-01-11 09:30:26【大中小】

塑料給我們的生活帶來了諸（zhū）多便利，我們的衣食（shí）住行（háng）中都用到許多塑料製品。但是對於塑料（liào），許多人都有一個共同的印象——不環保。這是由於常用的石油基（jī）塑（sù）料在自然環境中難以降解（jiě），其汙（wū）染治理也（yě）是一個世（shì）界性難題。

近年來，“白色汙染”、“微塑料”、“垃圾大陸（lù）”等（děng）問題受到廣泛關（guān）注，我們越來越重視（shì）不可降解塑料給自然帶來的負擔，人類社會對於不（bú）可降解塑料的限製已成為主流趨勢。然而塑料製品在我們日常生活中卻又無處不在（zài）。於是，可（kě）降解（jiě）塑料（liào）逐漸成為（wéi）新（xīn）趨勢。

為此，科學家們提出“源於自然，歸於自然”的新（xīn）理念（niàn），開發出將玉米等生物質轉化為（wéi）生物可降解的聚乳酸（Poly(lactic acid)，PLA）塑料的合成路線，通過化學的魔法為塑料汙染治理提供了可行的解決方案。這種由植物澱粉轉化而成的塑料,製備工（gōng）藝上（shàng）擯棄了不（bú）環保的石油（yóu）化工原料，具有優異的生物降解性，是一種環境友好塑料。

PLA的普及能有（yǒu）效減少使用不可降解塑料，對塑料汙染的（de）治理具有重大意義。那麽，PLA是如何由玉（yù）米等生（shēng）物質一步步轉化而來，又是如（rú）何在（zài）日常（cháng）生活、生物醫藥研發、農業生產、紡（fǎng）織、工程製造等方麵（miàn）取代繁榮（róng）百年的（de）傳統石油基塑（sù）料？讓我（wǒ）們來一探究竟！

農作物變塑料的“魔法”

PLA是一種由乳酸（Lactic acid，LA）經過低聚、環化、聚合等過程而成的脂肪族（zú）聚酯。PLA的轉化過程是這樣的——化學家可以高效（xiào）地將從玉米（mǐ）等農作物中提取出的澱粉通過水解、微生物（wù）發酵的步驟製成LA，進一步通過縮合聚合或開環聚合的手段將其轉化為PLA，實現農作物變塑料的“魔法（fǎ）”。

由（yóu）於LA單體中既含有羥基（−OH），又含有羧基（−COOH），分別可以與另一LA單體的羧（suō）基和羥基發生（shēng）縮合反應。就（jiù）這樣，LA單體們往複交替發（fā）生反（fǎn）應，得到高分子（zǐ）量的PLA材料。

這麽看來，這麽環保的材（cái）料，為什麽一開始沒有得到廣泛應用呢？其實這個過程並沒有說的這（zhè）麽簡單，在製備過程中存在諸多化學、工（gōng）程問題和瓶頸。例如，縮合反應（yīng）過程中生（shēng）成的水分子（H2O）無法被及時排出，將大大抑製反應進（jìn）程；此外，較為苛刻的反應條件也（yě）降（jiàng）低了該方案應用於工業生產的潛力。

不過（guò）現在，製備PLA的（de）方案得到了改良，讓整個過程更加可控了。現有的工業化生產PLA的主流路線丙交酯開環聚合（hé）法就能夠實現PLA分子的可控合成。

不過，為了獲得滿足日常需求的PLA塑料，光靠特定（dìng）的分子量是遠遠不夠的，加（jiā）工工藝和改性方法的進步也很（hěn）重要，接下來，我們將介紹PLA的特性，以及如何將PLA轉（zhuǎn）變（biàn）為各種生活中常見的物品。

PLA的性（xìng）質與改性

說到PLA的性質，有一點需要指（zhǐ）出：LA中含有（yǒu）一個手性碳原子，可以分為左旋乳酸（L-LA）和右（yòu）旋乳酸（D-LA），前者與人體代謝的LA結構相同，但大量（liàng）攝入D-LA會有毒副作用。

因此，商用的PLA一（yī）般（bān）為L-LA合成的左旋PLA（PLLA）。此外，還存在由D-LA合（hé）成的右旋PLA（PDLA），以及由L-LA和D-LA共聚合成的聚（D, L-LA）（PDLLA）。

從PLA的化學結構可以推斷，PLA主鏈中的大量酯鍵是其具有良好降解性能的關鍵。在堆肥（高溫、高濕度和微生物作用）條件下，PLA隻需幾個月的時間就能（néng）充分降解為H2O和二氧化碳（CO2），經植物光合作（zuò）用實現循（xún）環再生。

此外，PLA還能在人（rén）體內降解，其水解產物LA可（kě）以被人（rén）體吸收利用，這一優異的生物相容性使其在生物醫藥領域展現出了極高的應用價值。

除了優異的生態友好性、生物可降解（jiě）性和生物相容性外，PLA還具有與（yǔ）傳統石油基塑料（liào）相媲美的物理性質。

PLA因其優良的熱成型性，能夠通過擠出成型、吸塑成型、淋膜、吹塑成型、注射成（chéng）型、纖（xiān）維紡（fǎng）絲、發泡等方式加工成各種各（gè）樣的塑料製品，具有廣泛的適用性。

然而，PLA在應用（yòng）中也暴露（lù）出一些不足（zú），如易發生脆斷、降解周期不可控、生物相容性不足等等。

針對PLA的這些問題，科學家也在積（jī）極尋找（zhǎo）解（jiě）決方案。例（lì）如，通過共混、共聚、納米複合、立構複合等手段進（jìn）一步改善了PLA的韌性、降解（jiě）周期可調控性、親（qīn）水性、抗菌性等性能，大大拓寬了PLA的（de）應（yīng）用範圍（wéi）。

PLA的（de）應用與發展

PLA其實並不陌生（shēng），在你生活中（zhōng）的各個方麵都可能會遇到。

從吃的角度（dù）來說，在近幾年外賣、快遞和餐飲（yǐn）行業快速發展的背景與（yǔ）國家出台（tái）的“禁塑令”等政策的共同推（tuī）動下，PLA產品的商業化大步向前發展。像我們日常喝奶茶，除了紙吸（xī）管，現在比較常用的也是（shì）PLA吸管。

從穿的角度，通過PLA與抑菌劑共（gòng）混製造的PLA服飾受到消費者青睞。

從日常使用（yòng）的角度，經過增塑增韌改性（xìng）的PLA應用於日（rì）用品外殼（ké）和兒童（tóng）玩具，能夠有效防止兒童攝入有害（hài）塑料微粒。

從醫學使用上來（lái）看，通過改善PLA親（qīn）水性和生物相容性，並加強PLA降解時間的（de）控製，使PLA血管支（zhī）架、可吸（xī）收材料、外科手術縫合線等生物醫用高分（fèn）子也（yě）逐步投入使用。

此外，PLA地膜、沙障等材料具有廣闊市場，對環境治理具有重要意義，具有（yǒu）十分龐大的應用市（shì）場。

現如今，國內PLA產能約25萬噸/年，但近幾年（nián）PLA需求量呈上（shàng）升趨勢（shì）。目前，各企業在建或計（jì）劃建設PLA生產線總產能已超過150萬噸/年，預計在（zài）未來3−5年，PLA將得到更廣泛的普及。

盡管國內（nèi）PLA產業發展迅速，但仍麵臨兩大挑戰。一是產業關鍵技術（shù）亟需提高，二是PLA生產成本還需進一步降低。目前（qián）PLA生產成本比常用石油基塑料（liào）高（gāo）3倍（bèi）甚至更多，導致其難以實現對傳統塑料的替代。除了在生產技術上降低成本，還需加強PLA產業布局，加快PLA生產線建設，使其成（chéng）本降到與傳統塑料相當的“白菜價”。

結語

當（dāng）前，PLA因其優異的生物降解性、生物相容性和廣泛的適用性等優勢已在日常生活、生物醫藥研發、農業生產、紡織（zhī）、工程製造等方麵取得一席之地，但與發展百年（nián）的石油基（jī）塑料相（xiàng）比，PLA較高的生產成本與複雜的生產工藝仍是阻礙其廣泛普及的主要原因。

如（rú）今，在“雙碳”戰略實施和（hé）禁塑（sù）令的推動（dòng）下，PLA迎來了市場發展新機遇，這（zhè）種由穀物生產的塑料實現了“源於自然，歸於自然”環保理念，為解決塑料汙染問題指明方向。也許有一天，我們能夠將（jiāng）環保可降解的塑料全麵普及，既能享（xiǎng）受塑料產品（pǐn）帶來的便捷，也能實現（xiàn）與自然（rán）的和諧共（gòng）處。

參考文獻：

[1] Haider T, Voelker C, Kramm J, et al. Plastics of the Future? The Impact of Biodegradable Polymers on the Environment and on Society[J]. Angewandte Chemie-International Edition, 2019, 58(1): 50-62.

[2] 王正祥. 我國聚乳酸產業發展現狀與（yǔ）對策研究[J]. 中國工程科學（xué）, 2021, 23(06): 155-166.

[3] Koh J, Zhang X, He C. Fully biodegradable Poly(lactic acid)/Starch blends: A review of toughening strategies[J]. International Journal of Biological Macromolecules, 2018, 109: 99-113.

[4] Drumright R, Gruber P, Henton D. Polylactic acid technology[J]. Advanced Materials, 2000, 12(23): 1841-1846.

[5] 陳（chén）學思, 陳國強, 陶友華, et al. 生態環境（jìng）高分子的研究進展[J]. 高分子學報, 2019, 50(10): 1068-1082.

[6] Cho H, Moon H, Kim M, et al. Biodegradability and biodegradation rate of poly(caprolactone)-starch blend and poly(butylene succinate) biodegradable polymer under aerobic and anaerobic environment[J]. Waste Management, 2011, 31(3): 475-480.

[7] Mihai M, Legros N, Alemdar A. Formulation-properties versatility of wood fiber biocomposites based on polylactide and polylactide/thermoplastic starch blends[J]. Polymer Engineering & Science, 2014, 54(6): 1325-1340.

[8] Awasthi S, Kumar M, Kumar V, et al. A comprehensive review on recent advancements in biodegradation and sustainable management of biopolymers[J]. Environmental Pollution, 2022, 307: 119600.

[9] Ainali N, Kalaronis D, Evgenidou E, et al. Do poly(lactic acid) microplastics instigate a threat? A perception for their dynamic towards environmental pollution and toxicity[J]. Science of The Total Environment, 2022, 832: 155014.

[10] 陳傑, 胡榮榮, 盧祉巡, et al. 聚乳酸增韌改（gǎi）性研究進展[J]. 塑（sù）料科技, 2019, 47(03): 116-121.

[11] Rasal R, Hirt D. Toughness decrease of PLA-PHBHHx blend films upon surface-confined photopolymerization[J]. Journal of Biomedical Materials Research Part A, 2009, 88A(4): 1079-1086.

[12] Rasal R, Janorkar A, Hirt D. Poly(lactic acid) modifications[J]. Progress in Polymer Science, 2010, 35(3): 338-356.

[13] Vorawongsagul S, Pratumpong P, Pechyen C. Preparation and foaming behavior of poly(lactic acid)/poly(butylene succinate)/cellulose fiber composite for hot cups packaging application[J]. Food Packaging and Shelf Life, 2021, 27: 100608.

[14] Srisa A, Harnkarnsujarit N. Antifungal films from trans-cinnamaldehyde incorporated poly(lactic acid) and poly(butylene adipate-co-terephthalate) for bread packaging[J]. Food Chemistry, 2020, 333: 127537.

[15] Li R, Wu L, Li B. Poly(l-lactide)/PEG-mb-PBAT blends with highly improved toughness and balanced performance[J]. European Polymer Journal, 2018, 100: 178-186.

[16] Shin H, Thanakkasaranee S, Sadeghi K, et al. Preparation and characterization of ductile PLA/PEG blend films for eco-friendly flexible packaging application[J]. Food Packaging and Shelf Life, 2022, 34: 100966.

[17] Zhang B, Wei Z, Zhao Y, et al. Isodimorphic aliphatic copolyester as midblock of poly(l-lactide)-based triblock copolymers towards largely enhanced impact toughness[J]. European Polymer Journal, 2019, 111: 28-37.

[18] Pitarresi G, Palumbo F, Albanese A, et al. In situ gel forming graft copolymers of a polyaspartamide and polylactic acid: Preparation and characterization[J]. European Polymer Journal, 2008, 44(11): 3764-3775.

[19] Luo Y, Wang X, Wang Y. Effect of TiO2 nanoparticles on the long-term hydrolytic degradation behavior of PLA[J]. Polymer Degradation and Stability, 2012, 97(5): 721-728.

[20] Zhang K, Li G, Feng L, et al. Ultralow percolation threshold and enhanced electromagnetic interference shielding in poly(L-lactide)/multi-walled carbon nanotube nanocomposites with electrically conductive segregated networks[J]. Journal of Materials Chemistry C, 2017, 5(36): 9359-9369.

[21] Monika, Dhar P, Katiyar V. Thermal degradation kinetics of polylactic acid/acid fabricated cellulose nanocrystal based bionanocomposites[J]. International Journal of Biological Macromolecules, 2017, 104: 827-836.

[22] Zhang R, Lan W, Ji T, et al. Development of polylactic acid/ZnO composite membranes prepared by ultrasonication and electrospinning for food packaging[J]. LWT-Food Science and Technology, 2021, 135: 110072.

[23] Shao J, Sun J, Bian X, et al. Modified PLA Homochiral Crystallites Facilitated by the Confinement of PLA Stereocomplexes[J]. Macromolecules, 2013, 46(17): 6963-6971.

[24] 刁曉倩, 翁雲宣, 宋鑫（xīn）宇, et al. 國內外生物降解塑料產業發展現狀[J]. 中國（guó）塑料, 2020, 34(05): 123-135.

[25] 陳國強, 陳學思, 徐軍, et al. 發展（zhǎn）環境友好型生物基材料[J]. 新材料產業, 2010(03): 54-62.

[26] Tümer E, Erbil H. Extrusion-Based 3D Printing Applications of PLA Composites: A Review[J]. Coatings, 2021, 11(4): 390.

[27] Macrae R, Pask C, Burdsall L, et al. The Combined Synthesis and Coloration of Poly(lactic acid)[J]. Angewandte Chemie International Edition, 2011, 50(1): 291-294.

[28] De Souza A, Ferreira R, Harada J, et al. Field performance on lettuce crops of poly(butylene adipate-co-terephthalate)/polylactic acid as alternative biodegradable composites mulching films[J]. Journal of Applied Polymer Science, 2021, 138(11): 50020.

[29] Rapisarda M, Patanè C, Pellegrino A, et al. Compostable Polylactide and Cellulose Based Packaging for Fresh-Cut Cherry Tomatoes: Performance evalsuation and Influence of Sterilization Treatment[J]. Materials, 2020, 13(15): 3432.

資料來源：科普中國

----------------------------------------------------------------------

深圳市博新城實業有限公司主（zhǔ）營生產防（fáng）靜電包裝材料（liào）（防靜（jìng）電屏蔽膜/袋、防（fáng）靜（jìng）電真空膜/袋、防（fáng）靜電鋁箔膜（mó）/袋等）、真空包（bāo）裝材（cái）料（透明真空包裝膜/袋、鋁箔包裝（zhuāng）膜/袋等）、自動包裝複合膜（適（shì）用五金配件包裝、口罩包裝）、原（yuán）料（liào）包裝材料（耐撕裂原料包裝（zhuāng）膜/袋、鋁塑承重包裝膜/袋、普通型PE乳白（bái）原料（liào）包裝袋）、導電包裝材料（網格（gé）袋、炭黑導電氣泡袋等）等產品，可根據客戶需求進行量（liàng）身定製，歡迎您（nín）的洽談及指教。