對可降解塑料聚乳酸的研究

摘要：白色污染日益嚴重的當今社會，研究可快速降解的環境友好型塑料已經迫在眉睫，本文就針對環境友好型的可降解生物高分子材料做了一總體介紹，簡要概括了其降解機理及影響塑料降解的因素，重點介紹了聚乳酸的降解性能及共混降解改性的研究，最后對可降解塑料的應用現狀作一介紹，對其研究方向作一展望。

關鍵詞：白色污染； 聚乳酸； 降解

前言

隨著塑料的廣泛應用和產量的持續增大。“白色污染”問題己變得越來越嚴重，成為當今世界最嚴重污染源之一，己受到各國的重視，并且制定了相關的法律政策來處理。現在各國除了研究如何回收廢棄塑料外，更多的精力是研究可降解的高分子材料，從而在根本上解決塑料的“白色污染”問題。主要原因是高分子材料的回收利用，從理論上講，可以解決環境污染，也可以解決資源短缺的問題，但在實施過程中，往往受到高分子材料本身性質、技術及成本等的限制；而研究開發可降解的高分子材料則成為20世紀70年代以來重要課題，受到世界范圍內的關注仁。

1可降解性高分子材料的降解機理

高分子材料的生物降解是指在生物（主要是指真菌、細菌等）作用下，聚合物發生降解、同化的過程、生物降解主要取決于聚合物分子的大小和結構、微生物的種類以及環境因素。聚合物的降解機理十分復雜，一般認為材料在體內的降解和吸收是受生物環境作用的復雜過程，包括物理、化學和生化因素。物理因素主要是外應力，化學因素主要有水解、氧化及酸堿作用，生化因素主要是酶和微生物。由于植入體內的材料主要接觸組織和體液，因此水解（包括酸堿作用和自催化作用）和酶解是最主要的降解機制。

2聚乳酸的降解性能

與大部分熱塑性聚合物相比，PLA具有更好的降解性能。PLA的降解首先通過主鏈上的降解性能。PLA的降解首先通過主鏈上的C-O水解，然后在酶的作用下進一步降解，最終生成無害的水和二氧化碳。由于具有降解性能，故人們擔心其使用壽命。實際上，PLA的降解速度相對比較緩和；更為重要的是，PLA的降解總是在先行水解之后才可能酶解。依照聚合物的初始相對分子品質、形態、結晶度等，PLA降解的速度可從幾星期到幾個月甚至是1～2年。但如果與微生物和復合有機廢料混合埋入地下，它的降解速度會加快。因此它是一種理想的生物降解材料，特別適宜于2～3年的短期用途。影響PLA降解速度的因素主要有結晶度、玻璃化轉變溫度、相對分子質量和介質的pH值等。水先滲入聚乳酸的無定形區，導致酷鍵斷裂，當大部分無定形區己降解時，才由晶區邊緣向晶區中心逐步降解。晶區降解速度很慢，因此結晶度大小對降解速度有很大的影響。玻璃化轉變溫度低于水解溫度則水解加快。相對分子質量越小及其分布越寬的PLA降解速度越快，這是因為相對分子質量越大，聚合物的結構越緊密，內部的酷鍵越不容易斷裂，并且相對分子質量越大，降解所得的鏈段越長，易溶于水中，產生的H+越少，使pH值下降緩慢。酸或堿都能催化PLA水解，介的pH值也是影響PLA降解速率的重要因素。

3 PLA共混改性的研究進展

通過與韌性聚合物共混，也是常用的改進聚乳酸柔性的途徑，目前人們己經研究的很多共混體系，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ε-己內酯、聚3羥基丁酸酯（poly（3-hydroxybutyrate）等。

沈一丁等[4]將熱塑性淀粉（TPS）與聚乙二醇（PEG）、聚乳酸（PLA）共混后，采用溶劑蒸發法制備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薄膜，有效的降低了玻璃化轉變溫度和熱塑性淀粉和PLA的相容性，體系的耐水性、強度均隨著PLA含量的增加而增加，不過這種薄膜的強度和柔性并沒有得到改善。

龔華俊等[5]采用超聲輔助原位濕法合成多壁碳納米管/輕基磷灰石納米復合材料（MWNTs/HA），并通過溶液澆鑄法制備了PLA/MWNTs/HA復合材料薄膜，靜態力學和動態力學性能分析表明，當MWNTs/HA為0.05～0.10份時，對復合薄膜有一定的增韌效果，復合膜的玻璃化轉變溫度隨著MWNTs舊A用量增加呈上升趨勢。

PCL除可以和PLA共聚形成共聚物改善柔性外，還可以與PLA共混來改善PLA基體的脆性。直接共混PLA和PCL，兩種組分是不相容的，兩者混合時必須添加一定的相容劑。Wang等在PLL刀PcL體系中，以亞磷酸三苯酯（TPPi）為催化劑，在熔融狀態下進行混合。結果表明，在共混過程中發生酯交換反應，生成界面相容劑，促進組分均勻分布，提高體系的機械性能，并大大改善了體系的柔性，當添加TPPi2%時，PLLA/pCL（80/20）斷裂伸長率從28%提高到了128%。

顧書英等[11]采用熔融擠出法制備聚乳酸/對苯二甲酸-己二酸-1，4-丁二醇三元共聚酯（PBAT）共混物，發現低含量低的PBAT的加入適當的提高了聚乳酸的斷裂伸長率，不過共混物的拉伸、彎曲性能也有所降低。當PBAT含量較高時，共混物斷面的SEM照片可以明顯觀察到兩相不相容。

4 聚乳酸在包裝領域的生產應用現狀

聚乳酸作為包裝材料有其獨特的優勢，可以說，聚乳酸包裝材料完全可以替代傳統的包裝材料，在很多方面更優于傳統包裝材料。與傳統熱塑性塑料相比，聚乳酸作為包裝材料有以下優點[13]：

（l）完全折疊性和纏結保持力取向性的PLA薄膜具有和玻璃紙膜、金屬薄片等相媲美的完全折疊性和纏結保持力，即可以弄皺或折疊，這些普通塑料膜是不具備的。

（2）高的光澤度和透明度PLA的高透明性和光澤度可以和玻璃紙以及聚對苯二甲酸乙二酯相比，是普通聚丙烯薄膜的2～3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復單元使得PLA是一種內在極性的材料，這種高的極性導致聚乳酸具有高的表面能，從而產生良好的印刷性能，此外它還能夠阻止脂肪族分子的透過，具有很好的抗油性。

（4）低溫熱封性能無定形聚乳酸薄膜的熱封溫度和EVA（巧%）相同，都在80～85℃之間。

以上的這些優點，注定聚乳酸會在包裝領域大放異彩，就目前的生產狀況來看，聚乳酸薄膜開發應用的前沿集中在日本和美國，國內僅僅出于起步階段。

5 可降解塑料的開發趨勢及發展前景

可降解塑料盡管存在種種問題，但它的發展方興未艾，以下幾個方面代表了可降解塑料的發展方向：（1） 積極開發高效廉價光敏劑、氧化劑、生物誘發劑、降解促進劑和穩定劑等，進一步提高可降解塑料的準時可控性、用后快速降解性和完全降解性。（2）為避免二次污染，同時保證有豐富的原料，以天然高分子微生物合成高分子的完全生物降解塑料將會越來越受到重視。（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備受矚目，也成為環境適應性材料的又一熱點。（4） 充分利用基因工程技術培育可生產聚酯的生物性植物以降低生物降解塑料的成本。

可降解塑料的發展，不但在一定程度上緩解了環境污染，而且對日益枯竭的石油資源也是一個補充。許多國家已開始考慮用生物可降解塑料代替部分石油化工合成塑料，并陸續頒布了一些法規，如意大利的立法規定自1991 年起所有包裝用塑料都必須可降解，我國也已開始考慮禁用不可降解的塑料制品。據日本生物降解塑料實用化檢討委員會預測，今后10 年內全世界生物可降解塑料的市場規模為130 萬噸。我國每年產生的塑料垃圾達100 萬噸以上，若其中的20 %以降解塑料取代的話，需求量也在20 萬噸以上，市場潛力是很大的。可降解塑料的發展適應了人類可持續發展的要求，因此，可降解塑料的發展前景是美好的。

參考文獻

[1]王巖，陳復生，姚永志，等.糧食與飼料工業，2005，3：21～22

[2] 任杰.化學工業出版社.北京.2003.10

[3]黃俊俊，宋躍明，劉立眠，王軍.中國修復重建外科雜志，2004，18（l）：21～24

[4]賀小虎，章慶國，李新松.中國臨床康復2005，9（38）：36～38

作者簡介：李婭 出生年月：1995年5月 性別：女

名族：漢族 籍貫（省市）：云南彌勒 學歷：本科，研究方向：高分子材料