聚乳酸

聚乳酸（英语：Polylactic Acid或Polylactide，缩写：PLA），是一种热塑性脂肪族聚酯。生产聚乳酸所需的乳酸或丙交酯（英文：Lactide）可以通过可再生资源发酵、脱水、纯化后得到，所得的聚乳酸一般具有良好的机械和加工性能，而聚乳酸产品废弃后又可以通过各种方式快速降解。乳酸的结构中同时含有羧基和羟基，故乳酸分子之间可以发生酯化反应形成长链。虽然名叫聚乳酸，但绝大部分羧基已经在聚合反应中反应掉，实际并没有什么酸性，这一点和聚丙烯酸为代表的侧基均为羧基的聚合物不同。聚乳酸的单体乳酸可以通过化学合成或者通过可再生资源合成。一般使用玉米、木薯提取出的淀粉，甘蔗和甜菜提取的糖和秸秆等提取的纤维素，经过发酵、脱水等过程获得乳酸。所获得的乳酸需要进行纯化，才能进行聚乳酸的生产，因为乳酸中含有的微量富马酸和醋酸都会造成聚合反应的终止:28。目前生产聚乳酸的途径主要有三条：通过在聚乳酸的生产中加入其他单体，聚乳酸还可以与羟基乙酸和乙二醇形成多种共聚物:44-45除了乳酸和丙交酯以外，五元环化合物L-Lactic acid O-carboxyanhydride（lac-OCA）是一种新的合成原料，它发生聚合反应生成聚乳酸的同时并非生成水而是生成二氧化碳，二氧化碳可以直接脱离反应体系，从而使平衡向生成聚乳酸的方向移动，使lac-OCA的反应效率比使用丙交酯要高。最近的研究希望将类似于合成聚羟基脂肪酸酯的生物合成法应用在合成聚乳酸上，使用的是大肠杆菌直接进行发酵聚乳酸的熔点、耐热性、机械性能、加工性能都与其结晶度有关，而影响其结晶度的最主要因素是原料中L-乳酸和D-乳酸的配比。如果原料是纯的L-乳酸或者纯D-乳酸，则所得的聚L-乳酸（简称PLLA）和聚D-乳酸（简称PDLA）都是半结晶聚合物。聚L-乳酸的结晶度大概是37%，其玻璃化转变温度大约是65°C，熔点是180°C，拉伸模量大约为3-4GPa，弯曲模量大约为4-5GPa。即使只加入少量右旋聚乳酸，结晶度也可以提高较多。比如聚L-乳酸按照一定比例和聚D-乳酸共混后，聚L-乳酸的熔点最多可以提高50°C，热弯曲温度提高了大约60°C升高到了190°C。所得的抗热性聚乳酸可以在110°C 的环境下使用聚乳酸和聚苯乙烯、PETE的机械性质相似，但可连续使用的温度要低得多，结晶度提高后可以提高可连续使用的温度，但生物降解速率也随之变低了。将聚乳酸置于坩埚中加热可以汽化为可燃气体。相对于其他生物可降解材料，聚乳酸具有部分疏水性。聚乳酸和聚乳酸的共聚物的最佳溶剂是氯仿。除此之外，聚乳酸可溶于氯化溶剂、热苯、四氢呋喃和1,4-二