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聚乳酸

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物化性質(zhì)

物理性能

密度:1.25-1.28g/cm3

熔點:176 °C

特性粘度IV:0.2-8 dL/g

玻璃化轉(zhuǎn)變溫度:60-65°C,

傳熱系數(shù):0.025 λ(w/m·k)

力學(xué)性能

拉伸強度:40-60 MPa

斷裂伸長率:4%-10%

彈性模量:3000-4000 MPa

彎曲模量:100-150 MPa

Izod沖擊強度(無缺口):150-300 J/m

Izod沖擊強度(有缺口):20-60 J/m

Rockwell硬度:88

簡介

聚乳酸的熱穩(wěn)定性好,加工溫度170~230℃,有好的抗溶劑性,可用多種方式進行加工,如擠壓、紡絲、雙軸拉伸,注射吹塑。由聚乳酸制成的產(chǎn)品除能生物降解外,生物相容性、光澤度、透明性、手感和耐熱性好。

優(yōu)點

1、聚乳酸(PLA)是一種新型的生物降解材料,使用可再生的植物資源(如玉米)所提出的淀粉原料制成。淀粉原料經(jīng)由糖化得到葡萄糖,再由葡萄糖及一定的菌種發(fā)酵制成高純度的乳酸,再通過化學(xué)合成方法合成一定分子量的聚乳酸。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,最終生成二氧化碳和水,不污染環(huán)境,這對保護環(huán)境非常有利,是公認的環(huán)境友好材料。普通塑料的處理方法依然是焚燒火化,造成大量溫室氣體排入空氣中,而聚乳酸塑料則是掩埋在土壤里降解,產(chǎn)生的二氧化碳直接進入土壤有機質(zhì)或被植物吸收,不會排入空氣中,不會造成溫室效應(yīng)。

2、機械性能及物理性能良好。聚乳酸適用于吹塑、熱塑等各種加工方法,加工方便,應(yīng)用十分廣泛??捎糜诩庸墓I(yè)到民用的各種塑料制品、包裝食品、快餐飯盒、無紡布、工業(yè)及民用布。進而加工成農(nóng)用織物、保健織物、抹布、衛(wèi)生用品、室外防紫外線織物、帳篷布、地墊面等等,市場前景十分看好。

3、相容性與可降解性良好。聚乳酸在醫(yī)藥領(lǐng)域應(yīng)用也非常廣泛,如可生產(chǎn)一次性輸液用具、免拆型手術(shù)縫合線等,低分子聚乳酸作藥物緩釋包裝劑等。

4、聚乳酸(PLA)除了有生物可降解塑料的基本的特性外,還具備有自己獨特的特性。傳統(tǒng)生物可降解塑料的強度、透明度及對氣候變化的抵抗能力皆不如一般的塑料。

5、聚乳酸(PLA)和石化合成塑料的基本物性類似,也就是說,它可以廣泛地用來制造各種應(yīng)用產(chǎn)品。聚乳酸也擁有良好的光澤性和透明度,和利用聚苯乙烯所制的薄膜相當(dāng),是其它生物可降解產(chǎn)品無法提供的。

6、聚乳酸(PLA)具有最良好的抗拉強度及延展度,聚乳酸也可以各種普通加工方式生產(chǎn),例如:熔化擠出成型,射出成型,吹膜成型,發(fā)泡成型及真空成型,與廣泛使用的聚合物有類似的成形條件,此外它也具有與傳統(tǒng)薄膜相同的印刷性能。如此,聚乳酸就可以應(yīng)各不同業(yè)界的需求,制成各式各樣的應(yīng)用產(chǎn)品。

7、聚乳酸(PLA)薄膜具有良好的透氣性、透氧性及透二氧化碳性,它也具有隔離氣味的特性。病毒及霉菌易依附在生物可降解塑料的表面,故有安全及衛(wèi)生的疑慮,然而,聚乳酸是唯一具有優(yōu)良抑菌及抗霉特性的生物可降解塑料。

8、當(dāng)焚化聚乳酸(PLA)時,其燃燒熱值與焚化紙類相同,是焚化傳統(tǒng)塑料(如聚乙烯)的一半,而且焚化聚乳酸絕對不會釋放出氮化物、硫化物等有毒氣體。人體也含有以單體形態(tài)存在的乳酸,這就表示了這種分解性產(chǎn)品具有的安全性。

方法流程

聚乳酸生產(chǎn)是以乳酸為原料,傳統(tǒng)的乳酸發(fā)酵大多用淀粉質(zhì)原料,目前美、法、日等國家已開發(fā)利用農(nóng)副產(chǎn)品為原料發(fā)酵生產(chǎn)乳酸,進而生產(chǎn)聚乳酸。

1、直接縮聚法

縮聚法就是把乳酸單體進行直接縮合,也稱一步聚合法。在脫水劑的存在下,乳酸分子中的羥基和羧基受熱脫水,直接縮聚合成低聚物。加入催化劑,繼續(xù)升溫,低相對分子質(zhì)量的聚乳酸聚合成更高相對分子量的聚乳酸。

2、二步法

使乳酸生成環(huán)狀二聚體丙交酯,再開環(huán)縮聚成聚乳酸。這一技術(shù)較為成熟,主要過程是原料經(jīng)微生物發(fā)酵制得乳酸后,再經(jīng)過精制、脫水低聚、高溫裂解,最后聚合成聚乳酸。

3、反應(yīng)擠出制備高分子量聚乳酸

用間歇式攪拌反應(yīng)器和雙螺桿擠出機組合,進行連續(xù)的熔融聚合實驗,可獲得由乳酸通過連續(xù)熔融縮聚制得的分子量達150000的聚乳酸。利用雙螺桿擠出機將低摩爾質(zhì)量的乳酸預(yù)聚物在擠出機上進一步縮聚,制備出較高摩爾質(zhì)量的聚乳酸。在反應(yīng)溫度為150℃、催化劑用量為0.5%、螺桿轉(zhuǎn)速為75 r/min時可通過雙螺桿反應(yīng)擠出縮聚法快速有效地提高聚乳酸的摩爾質(zhì)量,而且反應(yīng)擠出產(chǎn)物分散系數(shù)減小,均勻性變好。通過DSC曲線的比較發(fā)現(xiàn),通過反應(yīng)擠出縮聚法制得的聚乳酸的結(jié)晶度有所降低,這對改善聚乳酸材料在使用過程中表現(xiàn)出較大的脆性是有益的。

流程

1、取材

將玉米等殼類作物碾碎后,從中提取淀粉,然后將淀粉制成未精化的葡萄糖。很多高技術(shù)已克服減去了碾碎的過程,直接從大量的農(nóng)作物中提取原料。

2、發(fā)酵

以類似生產(chǎn)啤酒或酒精的方式來發(fā)酵葡萄糖,而葡萄糖發(fā)酵后變成類似于食物添加用于人體肌肉組織內(nèi)中的乳酸。

3、中間型產(chǎn)物

將乳酸單體以特殊的濃縮制程,轉(zhuǎn)變成中間型產(chǎn)物——減水乳酸,即丙交酯。

4、聚合

丙交酯單體經(jīng)過真空凈化后,再以一種不使用溶劑的溶解制程來完成開環(huán)的動作,使單體聚合。

5、聚合物修飾

由于聚合物的分子量與結(jié)晶度的不同,可使材料特性的變化空間很大,所以因不同應(yīng)用的產(chǎn)品,將PLA做不同的修飾。

市場應(yīng)用

PLA有很多的應(yīng)用,可以在擠出、注塑、拉膜、紡絲等多領(lǐng)域應(yīng)用。

擠出級樹脂

擠出級樹脂是PLA的主要的市場應(yīng)用,主要用于大型超市里新鮮蔬果包裝,該類包裝已成為歐洲市場鏈中的重要一員;其次用于一些宣揚安全、節(jié)能、環(huán)保的電子產(chǎn)品包裝上。在這些用途中PLA高透明度、高光澤度、高鋼性等優(yōu)點體現(xiàn)得淋漓盡致,已經(jīng)是PLA應(yīng)用的主導(dǎo)方向。另外,擠出級樹脂在園藝上的應(yīng)用也開始獲得重視,在斜坡綠化、沙塵暴治理等領(lǐng)域已有所應(yīng)用。

然而,PLA的擠出加工卻并非易事,僅適合在一些先進的PET擠出成型機上進行加工,且擠出片材的厚度一般只在0.2-1.0mm范圍。加工過程對水份含量及加工溫度尤其敏感,擠出加工時,一般要求其水份含量要小于50ppm,這對設(shè)備的干燥系統(tǒng)和溫控系統(tǒng)又提出了新的要求。加工過程中,如果沒有適宜的結(jié)晶設(shè)備,邊料的回收也是一大難題,這也正是市場上有大量PLA邊角料在流通的原因。

注塑級樹脂

在PLA的注塑的市場應(yīng)用中,較為廣泛的是改性后的樹脂。盡管純PLA有著高透明度、高光澤度等優(yōu)點,但是其硬而脆、加工難度大且不耐熱等缺點影響了它在注塑方面的應(yīng)用。當(dāng)然,化學(xué)、塑料工業(yè)界都一直致力解決這些問題。

而整體上,相對高昂的成本是阻礙PLA在注塑市場上廣泛應(yīng)用的最大原因。雖然純樹脂通過填充改性可以降低一些成本,但是在保證其性能的前提下,這一措施的作用也有限,如果需要在全生物降解這一前提之下改善PLA性能上的缺陷,比如耐熱性能,成本則更高。

其他牌號樹脂

雙向拉伸膜是目前為止應(yīng)用最成功的PLA膜,經(jīng)過雙向拉伸并熱定型的PLA膜耐熱溫度可提高到90℃,正好彌補了PLA不耐高溫這一缺陷。通過對雙向拉伸取向及定型工藝的調(diào)整,還可以控制BOPLA膜的熱封溫度在70~160℃。這一優(yōu)勢是普通BOPET所不具備的。另外,BOPLA膜透光率達到94%,霧度極低,表面光澤度也非常好,該類膜可用于鮮花包裝、信封透明窗口膜、糖果包裝等等。

PLA無紡布中已經(jīng)有應(yīng)用的是紡粘無紡布,因為中國限塑令的實施,這一無紡布在用于購物袋的制作上較為熱門。而吹膜、淋膜這兩個領(lǐng)域則因為PLA本身的一些特性缺陷,應(yīng)用情況還在進一步探索中,一些成功的應(yīng)用案例是將PLA改性后使用。

心臟支架

可溶性聚乳酸支架旨在吸收現(xiàn)有器械的好處,而又不像金屬支架那樣留下“金屬蜘蛛”,這種“蜘蛛圖像”會出現(xiàn)在對病人拍攝X光片時,此時病人的冠狀動脈完全支架化了。現(xiàn)有的支架不會收縮,并且不會隨著動脈的自然運動而擴張。金屬支架可引發(fā)致命的血栓,并且有可能會對未來的檢測和手術(shù)產(chǎn)生干擾。

行業(yè)應(yīng)用

一次性用品領(lǐng)域

聚乳酸對人體絕對無害的特性使得聚乳酸在一次性餐具、食品包裝材料等一次性用品領(lǐng)域具有獨特的優(yōu)勢。其能夠完全生物降解也符合世界各國,特別是歐盟、美國及日本對于環(huán)保的高要求。但采用聚乳酸原料所加工的一次性餐具存在著不耐溫、耐油等缺陷。這樣就造成其的功能作用大打折扣,以及在運輸途中餐具變形、材質(zhì)變脆,造成大量次品。不過,經(jīng)過技術(shù)發(fā)展,市場已有經(jīng)過PLA改性后的材料,可以有效克服原粒的缺點,有的甚至耐熱溫度高達120℃以上,可以用作微波爐用具材料。

生物醫(yī)藥領(lǐng)域

生物醫(yī)藥行業(yè)是聚乳酸最早開展應(yīng)用的領(lǐng)域。聚乳酸對人體有高度安全性并可被組織吸收,加之其優(yōu)良的物理機械性能,還可應(yīng)用在生物醫(yī)藥領(lǐng)域,如一次性輸液工具、免拆型手術(shù)縫合線、藥物緩解包裝劑、人造骨折內(nèi)固定材料、組織修復(fù)材料、人造皮膚等。高分子量的聚乳酸有非常高的力學(xué)性能,在歐美等國已被用來替代不銹鋼,作為新型的骨科內(nèi)固定材料如骨釘、骨板而被大量使用,其可被人體吸收代謝的特性使病人免受了二次開刀之苦。其技術(shù)附加值高,是醫(yī)療行業(yè)發(fā)展前景的高分子材料。

SPI標識

由美國塑料工業(yè)協(xié)會(Society of Plastics Industry*,*SPI)規(guī)定聚乳酸的數(shù)字標識碼為“7”。在比利時已經(jīng)開始作為試點國家使用循環(huán)利用聚乳酸。聚乳酸的循環(huán)使用與其他聚合物不太相同的是,廢舊的聚乳酸塑料會被收集在特殊的容器中,通過熱解、水解等方法降解成為小分子單體,再通過生產(chǎn)商將單體乳酸合成為具有一定性能的聚乳酸原材料,再次進入市場使用。

內(nèi)容資源由項目單位提供