生物降解袋中的PLA是如何制得的?
作者:久(jiu)信達(da) 閱讀量:次 發表時間:2021-08-25 15:04
生(sheng)物,降解,袋,中的,PLA,是(shi),如何,制,得的,在(zai),
在日本,PLA已通過抗霉性測試和食品衛生法370號的衛生安全性確認。由于農林水產省和經濟產業省食堂中的食品器具導入試驗(2003年11月~2005年3月,及2004年3~4月)的成功,及愛知世博(2005年日本國際博覽會)會場中的作為各種食品器具的主要材料的實用性和再生性得到證實,PLA今后在食品器具和生鮮食品用發泡片材等方面的發展十分值得期待。
因為聚乳酸(PLA)具有不對稱碳而具有光學活性,PLA也是由L-單體,然后采用開環聚合制備聚乳酸,是目前最常用的試驗方法和工業制備方法,具體的材料來源、制備方法、應用領域和生物降解的循環如圖一所示。
聚乳酸綠色塑料的生物循環鏈 圖一
PLA是以淀(dian)粉(fen)發(fa)酵(jiao)發(fa)制(zhi)得的(de)L-乳酸(suan)(suan)(suan)為(wei)原(yuan)料,再(zai)(zai)經化學聚(ju)(ju)合(he)法(fa)(fa)合(he)成(cheng)的(de)。所以是介于微生(sheng)(sheng)(sheng)物產(chan)生(sheng)(sheng)(sheng)類(lei)和化學合(he)成(cheng)類(lei)之(zhi)間的(de)高分子(zi)物質。玉米、馬鈴(ling)薯等的(de)淀(dian)粉(fen)酶促進水(shui)解生(sheng)(sheng)(sheng)成(cheng)D-葡萄糖,再(zai)(zai)經乳酸(suan)(suan)(suan)發(fa)酵(jiao)生(sheng)(sheng)(sheng)成(cheng)L-乳酸(suan)(suan)(suan),然后再(zai)(zai)把(ba)L-乳酸(suan)(suan)(suan)加熱縮(suo)聚(ju)(ju)生(sheng)(sheng)(sheng)成(cheng)乳酸(suan)(suan)(suan)低聚(ju)(ju)物,再(zai)(zai)開環聚(ju)(ju)合(he)成(cheng)分子(zi)量(liang)30萬(wan)~90萬(wan)的(de)聚(ju)(ju)L-乳酸(suan)(suan)(suan),這(zhe)種方(fang)法(fa)(fa)稱(cheng)為(wei)L-丙交酯發(fa),也是最常用(yong)的(de)方(fang)法(fa)(fa)。但是最近也用(yong)乳酸(suan)(suan)(suan)的(de)直接脫水(shui)縮(suo)合(he)(三井化學法(fa)(fa))成(cheng)功制(zhi)備(bei)了(le)分子(zi)量(liang)10萬(wan)~20萬(wan)的(de)PLA。
L-丙交脂法合成PLA 圖二
如(ru)圖所示,以玉(yu)米(mi)發(fa)酵合(he)成(cheng)PLA時(shi)各階段的理論收(shou)率。根據這個計算,大(da)約(yue)10粒玉(yu)米(mi)可以合(he)成(cheng)PLA的A4薄膜(約(yue)2g)一張。全世(shi)界的玉(yu)米(mi)產量為5.5億噸,只(zhi)要把廢(fei)棄玉(yu)米(mi)中的一部分用來生產聚乳酸(suan),就足以確保產量。
由于米合成PLA的理論收率 圖三
PLA薄膜的拉伸強度及延伸率與PE幾乎相同。以雙向拉伸薄膜為例,PLA的拉伸強度和延伸率分別為190MPa和135%,而PE分別為235MPa和130%。但是問題在于PE熔點為264℃,而PLA只有170℃。
從化學結構上推斷,由于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。此前認為天然存在的只有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,各自的分子鏈在結晶中交互定向,形成立體復合物。此立體復合物中,右螺旋3圈結構的左螺旋3圈結構在結晶中交互定向。熔點可達到230℃,遠超過均聚物的熔點(170℃)。所以,就克服了一般聚酯耐熱性低的缺點,可以用做高強度、高耐熱性材料。