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單個的乳酸分子中有一個羥基和一個羧基,多個乳酸分子在一起,-OH與別的分子的-COOH脫水縮合,-COOH與別的分子的-OH脫水縮合,就這樣,它們受拉手形成了聚合物,叫做聚乳酸。 聚乳酸也稱為聚丙交酯,屬於聚酯家族。聚乳酸是以乳酸為主要原料聚合得到的聚合物,原料來源充分而且可以再生。聚乳酸的生產過程無污染,而且產品可以生物降解,實現在自然界中的循環,因此是理想的綠色高分子材料。

1 聚乳酸 -簡介

聚乳酸聚乳酸

單個的乳酸分子中有一個羥基和一個羧基,多個乳酸分子在一起,-OH與別的分子的-COOH脫水縮合,-COOH與別的分子的-OH脫水縮合,就這樣,它們受拉手形成了聚合物,叫做聚乳酸。 聚乳酸也稱為聚丙交酯,屬於聚酯家族。聚乳酸是以乳酸為主要原料聚合得到的聚合物,原料來源充分而且可以再生。聚乳酸的生產過程無污染,而且產品可以生物降解,實現在自然界中的循環,因此是理想的綠色高分子材料。

聚乳酸的熱穩定性好,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。由聚乳酸製成的產品除能生物降解外,生物相容性、光澤度、透明性、手感和耐熱性好,還具有一定的耐菌性、阻燃性和抗紫外性,因此用途十分廣泛,可用作包裝材料、纖維和非織造物等,目前主要用於服裝(內衣、外衣)、產業(建築、農業、林業、造紙)和醫療衛生等領域。

 

2 聚乳酸 -優點

聚乳酸的優點主要有以下幾方面:

(1)生物可降解性良好。聚乳酸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,不污染環境,對保護環境非常有利。

(2)機械性能及物理性能良好。聚乳酸適用於吹塑、熱塑等各種加工方法,加工方便,應用十分廣泛。可用於加工從工業到民用的各種塑料製品、包裝食品、快餐飯盒、無紡布、工業及民用布。進而加工成農用織物、保健織物、抹布、衛生用品、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。聚乳酸在醫藥領域應用也非常廣泛,如可生產一次性輸液用具、免拆型手術縫合線等,低分子聚乳酸作藥物緩釋包裝劑等。

3 聚乳酸 -製備方法

聚乳酸生產是以乳酸為原料,傳統的乳酸發酵大多用澱粉質原料,目前美、法、日等國、家已開發利用農副產品為原料發酵生產乳酸,進而生產聚乳酸。

由乳酸制聚乳酸生產工藝有:

(1)直接縮聚法,在真空下使用溶劑使脫水縮聚。

(2)非溶劑法,使乳酸生成環狀二聚體丙交酯,在開環縮聚成聚乳酸。

美國LLC公司生產聚乳酸工藝為:玉米澱粉經水解為葡萄糖,再用乳酸桿菌厭氧發酵,發酵過程用液鹼中和生成乳酸,發酵液經凈化后,用電滲析工藝,製成純度達99.5%的L-乳酸。

美國一家研究所則是將制乳酪后的廢棄土豆轉化為葡萄糖糖漿,再用細菌發酵成含乳酸酵液,經電滲析分離、加熱使水分蒸發,得到可制薄膜與塗層的聚乳酸,可作保鮮袋及代替有聚乙烯和防水蠟的包裝材料。

法國埃爾斯坦糖廠與一所大學研製出用甜菜為原料,先分解成單糖,發酵生產乳酸,再用化學方法將乳酸聚合為聚乳酸,也可利用工業製糖工序的下腳料貧糖液來生產聚乳酸,生產成本低。

日本鍾紡公司以玉米為原料發酵生產聚乳酸,利用聚乳酸製成生物降解性發泡材料。其過程是在聚乳酸中混入一種特殊添加劑,對其分子結構進行控制,使之變為易發泡的微粒,再加入用碳水化合物製成有機化合物發泡劑,在成型機中成型、經高壓水蒸氣加熱成發泡材料。該材料的強度壓縮應力、緩衝性、耐藥性等聚苯乙烯塑料相同,經焚燒后不污染環境,還可肥出。

4 聚乳酸 -最新專利公開

BRUSSELS BIOTECH (BE)2004年2月13日公開的世界專利WO2004014889,報道了聚乳酸的製備,其獨立權項包括如下內容:

(1)按以下方法製備乳酸:

(a)蒸髮乳酸或乳酸衍生物溶液製備分子量為400-2000、總乳酸等價酸度119-124.5%、光學純度相當於90-100%L-聚乳酸的低聚體;

(b)將低聚體和解聚催化劑加入到解聚反應器,製備得到一富含乳酸的氣相和富含低聚體的液相;

(c)冷凝氣相得到液態粗乳酸;

(d)將粗乳酸抽取結晶;

(e)分離和排出晶體得到一富含乳酸晶體的濕餅;

(f)乾燥濕餅,得到預純化乳酸;和(g)結晶預純化乳酸得到殘留酸度低於10meq/kg、水含量低於200ppm和meso-乳酸含量低於1%的純化乳酸;

(2)聚合以上得到的乳酸製得聚乳酸。

BOTELHO T 等2004年公開的專利 WO2004057008-A1,報道了一種可用於糖果包裝材料的聚乳酸的製備方法,主要是通過發酵法得到,其實施例報道的具體方法為:將培養液(451)(包括乳清,牛奶蛋白和其它營養成分如無機鹽和半光胺酸)加熱到70℃並保持45分鐘,再冷卻到45℃。加入乳酸菌helveticus (9克)和Flavourzyme(RTM)(A) (26.5克)。批式發酵9小時,補加含乳清、乳糖和Flavourzyme (RTM)的新鮮肉湯。用氨氣調節pH為5.75,生物密度控制於7-8%,發酵過程中連續通氣,通氣量為1升/分鐘。在34天的發酵期內稀釋率為0.15-0.3/小時。流出液中的乳酸鹽為4%,稀釋速度為0.3/小時下產率為12克/升.小時。乳酸流出液採用離子交換樹脂和螯合劑分離,再經過兩次連續電滲析,回收率為85-90%。

HANZSCH BERND等2003年8月21日公開的美國專利US2003158360,報道了一種聚乳酸的製備方法,步驟如下:發酵澱粉類農產品得到乳酸,通過超濾,納米濾和/或電滲析超純化乳酸,濃縮乳酸,製備預聚物,環化解聚為雙乳酸,純化雙乳酸,開環雙乳酸聚合物和脫單體化聚乳酸得到。

SHIMADZU CORP 2002年10月15日公開的JP2002300898,報道了一種生產乳酸和聚乳酸的方法。具體方法為:

(1)利用乳酸銨合成乳酸酯;

(2)在除丁基錫外的催化劑存在下,縮聚乳酸酯,合成平均分子量小於15000mol.wt聚乳酸(乳酸預聚體);

(3)解聚聚乳酸得到乳酸;該方法進一步包括開環乳酸聚合物製備聚乳酸。

SHIMADZU CORP、OHARA H、TOYOTA JIDOSHA KK、ITO M和SAWA S 2002年8月8日公開的專利 WO200260891-A ,報道了用於生產生物可降解塑料的乳酸和聚乳酸的製備方法,該專利的實施例之一報道的方法如下:發酵得到的L-乳酸銨在90-100℃下與乙醇反應,分離、收集乙醇;120℃下脫去反應中的水;通過蒸餾提純得到的乳酸乙酯,在辛基錫存在下於160℃縮聚乳酸乙酯,並脫去乙醇。將得到的反應液於200℃下蒸餾得到乳酸,產率為99.2%。在辛基錫存在下聚合乳酸製得乳酸。 NATL INST OF ADVANCED INDUSTRIAL SCIENCE TECHNOLOGY METI、 KONAN KAKO KK和 TOKIWA YUTAKA2001年8月21日公開的日本專利JP2001224392,報道了採用水解酶代替有機金屬催化劑製備聚乳酸。

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