聚乳酸纤维的应用和回收研究

序言PLA纤维材料是一种新型生物基可降解材料，是以乳酸为主要原料得到的聚合物，主要以玉米、木薯等可再生作物为原料。PLA纤维材料因具有良好的生物相容性、易降解可再生等特点，使其在生物医学、过滤分离、包装等领域具有较好应用前景。应用研究生物医学领域PLA是一种重要的脂肪族聚酯类高分子材料，生物可降解、无毒、无刺激，生物相容性良好，在生物医学领域被广泛用作组织工程支架、药物载体等。然而，纯PLA材料脆而硬，亲水性差，强度高但韧性较差，极大地限制其在生物医学领域的应用。为改善纯PLA材料性能，利用PLA借助熔融沉积建模（FDM）进行3D打印，制备出了具有均匀立方孔的重复交叉孔结构材料。PLA表面经碱液处理，纳米羟基磷灰石沉积包覆，研究结果表明，与非碱处理的纳米羟基磷灰石包覆支架相比，碱处理后的纳米羟基磷灰石包覆支架的有效模量没有降低，且生物相容性试验显示可有效提高细胞黏附力。杨强等人采用静电纺丝与模板卷取法制备壳聚糖-聚乳酸复合神经导管，发现在壳聚糖与聚乳酸含量比为3∶1时，凹槽及微孔的大小最有利于雪旺细胞的黏附。刘荣涛等人研究发现，聚苯胺附着在PLA纳米纤维表面，不会对静电纺丝的多孔结构基体产生影响；聚苯胺/聚乳酸复合纳米纤维表面润湿性良好，有助于细胞的黏附和生长，特别是纳米空心管状结构的聚苯胺对生物相容性增强作用更佳。制备了一种新型芦荟素/聚乙烯吡咯烷酮(PVP)-芦荟素/PVP/聚乳酸－PLA夹层纳米纤维膜，实现了时间调控的双相药物释放行为，用于止血、抗菌和加速伤口愈合。MaJ等开发了一种神经引导胶原蛋白/聚乳酸(PLA)静电纺丝支架，以促进周围神经修复。与各向同性PLA电纺支架相比，所获得的各向异性PLA电纺支架逼真地模拟了神经的定向排列结构，并促进了坐骨神经损伤后的轴突再生。过滤与分离领域PLA基纳米纤维过滤与分离介质材料因其高比表面积和容积比、微细的直径、极小的孔隙尺寸被业界认为是新一代微滤介质材料的最佳选择之一，在空气过滤、海水淡化、油过滤等方面具有巨大开发潜力。PLA有左旋聚乳酸(PLLA)、右旋聚乳酸(PDLA)和外消旋聚乳酸(PDLLA)三种异构体。高营营等人通过溶液刮涂法将PDLA和PLLA溶液层层交替涂覆烘干成薄膜，层与层之间形成二维连续立构晶层，提升了PLA的气体阻隔性能。聚丙烯非织造织物表面经PLA立构复合晶体修饰，在油水分离领域可重复使用(至少10次)，以及制备软段含PDLA的生物基聚氨酯弹性体(D-PU)与接枝PLLA的纳米纤维素(CNC-g-L)复合材料，界面立构聚乳酸(sc-PLA)改善了D-PU与CNC-g-L的相容性，有助于CNC的分散，增加氧气在复合弹性膜中的扩散路径，提升其氧气阻隔能力。为制备PLA的环保抗氧化生物活性膜，将纤维素纳米晶和绿茶提取物与PLA母粒直接熔融加工，制备的复合膜中含有质量分数2.0%纤维素纳米晶和1.0%绿茶提取物时，氧透过率和水蒸气透过率降低幅度最大(分别为60%和33%)，宏观力学性能最佳。包装领域随着国家“双碳”战略的实施，可降解包装材料如PLA等应用越来越广，且开始赋予食品包装更多的新功能，如抗氧化、抑菌和智能监测等。SILVEIRAVAI等人提出开发以PLA和红星菌生产的槐糖脂为原料的抗菌包装膜，用于控制食源性病原菌。研究表明，槐糖脂的添加会导致多孔基质膜的形成，对金黄色葡萄球菌和沙门氏菌等具有一定的抗菌活性。在玻璃化转变温度下研究了聚乳酸的强度与结晶度关系，发现玻璃化温度以下PLA其强度与结晶度呈负相关关系，非晶区纠缠分子作为承载结构是应力诱导裂纹的主要原因，提出了一个三相模型来解释非晶态分数随热处理的变化以及在玻璃化温度以下对聚合物模量的影响。将碳量子点掺入非晶态组分主导的PLA中，制备出一种新型发光复合材料，可用于食品标签、跟踪、包装等。此外，为降低一次性塑料制品对环境的影响，YUSOFFNH等人通过熔融共混挤出工艺和注射成型方法将PLA和木薯淀粉(TS)用于制作生物可降解食品包装材料，其应用环境温度低于160℃。。回收研究

PLA作为典型的生物基高分子材料，其废弃产品的后处理同样引起人们关注。DELREC团队通过在纳米尺度上分散具有深活性位点的酶，成功地将酶和生物机械与聚合物相结合，且嵌入的酶微粒可加快聚酯降解，研究结果表明，酶含量少于2%的PLA在几天内降解，在标准土壤堆肥和家庭自来水中，高达98%的聚合物转化为小分子，完全消除了在堆肥设施中分离和填埋其产品的需要。尽管PLA纤维可以在自然界中降解，但通常需要漫长的时间和特定的降解条件，且降解产物（二氧化碳和水）无法实现直接快速循环利用。目前PLA回收策略主要是将废弃PLA转化为乳酸烷基酯、水解成乳酸、预聚成低聚物、二聚成丙交酯，最后聚合成PLA，整个加工流程长、成本高，如图1所示。图1PLA制品循环策略

发展了一种聚合物降解再聚合的升级化学循环新策略，以“聚合物到聚合物”的方式实现聚乳酸废弃物到聚乳酸新材料的循环再利用。利用Zn(HMDS)2催化的酯交换反应，在甲醇的参与下，PLA聚合物链可控地裂解到一定的分子量，接着在再聚合过程中，单体补充后发生链膨胀。该制备过程反应条件温和，副反应少，减少了完全重新生产PLA的原料消耗，最大程度提高了聚乳酸的回收再利用效率。报道了一种将聚乳酸塑料催化转化为丙氨酸的新过程，即PLA在氨水中首先氨解形成乳酰胺，再水解生成乳酸铵，进一步在催化剂表面胺化形成丙氨酸，其采用Ru/