聚乳酸

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。