对可降解塑料聚乳酸的研究

1、    对可降解塑料聚乳酸的研究    摘要：白色污染日益严重的当今社会，研究可快速降解的环境友好型塑料已经迫在眉睫，本文就针对环境友好型的可降解生物高分子材料做了一总体介绍，简要概括了其降解机理及影响塑料降解的因素，重点介绍了聚乳酸的降解性能及共混降解改性的研究，最后对可降解塑料的应用现状作一介绍，对其研究方向作一展望。关键词：白色污染； 聚乳酸； 降解前言隨着塑料的广泛应用和产量的持续增大。“白色污染”问题己变得越来越严重，成为当今世界最严重污染源之一，己受到各国的重视，并且制定了相关的法律政策来处理。现在各国除了研究如何回收废弃塑料外，更多的精力是

2、研究可降解的高分子材料，从而在根本上解决塑料的“白色污染”问题。主要原因是高分子材料的回收利用，从理论上讲，可以解决环境污染，也可以解决资源短缺的问题，但在实施过程中，往往受到高分子材料本身性质、技术及成本等的限制；而研究开发可降解的高分子材料则成为20世纪70年代以来重要课题，受到世界范围内的关注仁。1可降解性高分子材料的降解机理高分子材料的生物降解是指在生物（主要是指真菌、细菌等）作用下，聚合物发生降解、同化的过程、生物降解主要取决于聚合物分子的大小和结构、微生物的种类以及环境因素。聚合物的降解机理十分复杂，一般认为材料在体内的降解和吸收是受生物环境作用的复杂过程，包括物理、化学和生化因素

3、。物理因素主要是外应力，化学因素主要有水解、氧化及酸碱作用，生化因素主要是酶和微生物。由于植入体内的材料主要接触组织和体液，因此水解（包括酸碱作用和自催化作用）和酶解是最主要的降解机制。2聚乳酸的降解性能与大部分热塑性聚合物相比，pla具有更好的降解性能。pla的降解首先通过主链上的降解性能。pla的降解首先通过主链上的c-o水解，然后在酶的作用下进一步降解，最终生成无害的水和二氧化碳。由于具有降解性能，故人们担心其使用寿命。实际上，pla的降解速度相对比较缓和；更为重要的是，pla的降解总是在先行水解之后才可能酶解。依照聚合物的初始相对分子品质、形态、结晶度等，pla降解的速度可从几星期到几

4、个月甚至是12年。但如果与微生物和复合有机废料混合埋入地下，它的降解速度会加快。因此它是一种理想的生物降解材料，特别适宜于23年的短期用途。影响pla降解速度的因素主要有结晶度、玻璃化转变温度、相对分子质量和介质的ph值等。水先渗入聚乳酸的无定形区，导致酷键断裂，当大部分无定形区己降解时，才由晶区边缘向晶区中心逐步降解。晶区降解速度很慢，因此结晶度大小对降解速度有很大的影响。玻璃化转变温度低于水解温度则水解加快。相对分子质量越小及其分布越宽的pla降解速度越快，这是因为相对分子质量越大，聚合物的结构越紧密，内部的酷键越不容易断裂，并且相对分子质量越大，降解所得的链段越长，易溶于水中，产生的h+

5、越少，使ph值下降缓慢。酸或碱都能催化pla水解，介的ph值也是影响pla降解速率的重要因素。3 pla共混改性的研究进展通过与韧性聚合物共混，也是常用的改进聚乳酸柔性的途径，目前人们己经研究的很多共混体系，如乙烯一醋酸乙烯共聚物（poly（ethylene-vinyl acetate）、聚4-乙烯基苯酚（poly（4-vinylphenol）、聚-己内酯、聚3羟基丁酸酯（poly（3-hydroxybutyrate）等。沈一丁等4将热塑性淀粉（tps）与聚乙二醇（peg）、聚乳酸（pla）共混后，采用溶剂蒸发法制备出完全生物降解的聚乙二醇改性淀粉/聚乳酸薄膜（spla）。聚乙二醇增塑spla

6、薄膜，有效的降低了玻璃化转变温度和热塑性淀粉和pla的相容性，体系的耐水性、强度均随着pla含量的增加而增加，不过这种薄膜的强度和柔性并没有得到改善。龚华俊等5采用超声辅助原位湿法合成多壁碳纳米管/轻基磷灰石纳米复合材料（mwnts/ha），并通过溶液浇铸法制备了pla/mwnts/ha复合材料薄膜，静态力学和动态力学性能分析表明，当mwnts/ha为0.050.10份时，对复合薄膜有一定的增韧效果，复合膜的玻璃化转变温度随着mwnts旧a用量增加呈上升趋势。pcl除可以和pla共聚形成共聚物改善柔性外，还可以与pla共混来改善pla基体的脆性。直接共混pla和pcl，两种组分是不相容的，两者

7、混合时必须添加一定的相容剂。wang等在pll刀pcl体系中，以亚磷酸三苯酯（tppi）为催化剂，在熔融状态下进行混合。结果表明，在共混过程中发生酯交换反应，生成界面相容剂，促进组分均匀分布，提高体系的机械性能，并大大改善了体系的柔性，当添加tppi2%时，plla/pcl（80/20）断裂伸长率从28%提高到了128%。顾书英等11采用熔融挤出法制备聚乳酸/对苯二甲酸-己二酸-1，4-丁二醇三元共聚酯（pbat）共混物，发现低含量低的pbat的加入适当的提高了聚乳酸的断裂伸长率，不过共混物的拉伸、弯曲性能也有所降低。当pbat含量较高时，共混物断面的sem照片可以明显观察到两相不相容。4 聚

8、乳酸在包装领域的生产应用现状聚乳酸作为包装材料有其独特的优势，可以说，聚乳酸包装材料完全可以替代传统的包装材料，在很多方面更优于传统包装材料。与传统热塑性塑料相比，聚乳酸作为包装材料有以下优点13：（l）完全折叠性和缠结保持力取向性的pla薄膜具有和玻璃纸膜、金属薄片等相媲美的完全折叠性和缠结保持力，即可以弄皱或折叠，这些普通塑料膜是不具备的。（2）高的光泽度和透明度pla的高透明性和光泽度可以和玻璃纸以及聚对苯二甲酸乙二酯相比，是普通聚丙烯薄膜的23倍，低密度聚乙烯的10倍。（3）阻隔性能和良好的印刷性能乳酸的基本重复单元使得pla是一种内在极性的材料，这种高的极性导致聚乳酸具有高的表面能，

9、从而产生良好的印刷性能，此外它还能够阻止脂肪族分子的透过，具有很好的抗油性。（4）低温热封性能无定形聚乳酸薄膜的热封温度和eva（巧%）相同，都在8085之间。以上的这些优点，注定聚乳酸会在包装领域大放异彩，就目前的生产状况来看，聚乳酸薄膜开发应用的前沿集中在日本和美国，国内仅仅出于起步阶段。5 可降解塑料的开发趋势及发展前景可降解塑料尽管存在种种问题，但它的发展方兴未艾，以下几个方面代表了可降解塑料的发展方向：（1） 积极开发高效廉价光敏剂、氧化剂、生物诱发剂、降解促进剂和稳定剂等，进一步提高可降解塑料的准时可控性、用后快速降解性和完全降解性。（2）为避免二次污染，同时保证有丰富的原料，以天

10、然高分子微生物合成高分子的完全生物降解塑料将会越来越受到重视。（3） 水解性塑料和可食性材料由于具有特殊的功能和用途而备受瞩目，也成为环境适应性材料的又一热点。（4） 充分利用基因工程技术培育可生产聚酯的生物性植物以降低生物降解塑料的成本。可降解塑料的发展，不但在一定程度上缓解了环境污染，而且对日益枯竭的石油资源也是一个补充。许多国家已开始考虑用生物可降解塑料代替部分石油化工合成塑料，并陆续颁布了一些法规，如意大利的立法规定自1991 年起所有包装用塑料都必须可降解，我国也已开始考虑禁用不可降解的塑料制品。据日本生物降解塑料实用化检讨委员会预测，今后10 年内全世界生物可降解塑料的市场规模为130 万吨。我国每年产生的塑料垃圾达100 万吨以上，若其中的20 %以降解塑料取代的话，需求量也在20 万吨以上，市场潜力是很大的。可降解塑料的发展适应了人类可持续发展的要求，因此，可