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　　自上世紀初發(fā)明酚醛樹脂、開啟合成材料的新紀元。100多年來，工業(yè)化和現(xiàn)代化迅速發(fā)展，近40年來信息化快速普及，人類的平均壽命大大延長，生活水平和質(zhì)量大大提升，這都離不開合成材料的重要貢獻。今天，合成橡膠為汽車的迅速普及和很多密封領域都發(fā)揮了重要作用，合成纖維為解決70億人的穿衣以及高端復合材料所需作出了重要貢獻，合成樹脂為汽車輕量化、客機大型化、電子信息以及人類探索太空都起到了重要保障作用。因此，無論是人類衣食住行的日常生活，還是高端制造業(yè)、戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)以及航空航天、國防軍工，都不可能離開合成材料及其復合材料。然而，自上世紀50年代合成材料大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)和應用以來，僅塑料(合成樹脂及其改性材料)全球共生產(chǎn)了約83億噸。據(jù)世界銀行統(tǒng)計：目前全球塑料年產(chǎn)量超過4億噸，每年產(chǎn)生的塑料垃圾超過2.4億噸，由于使用和處理不當，塑料的污染難題日益突出。 

　　為解決塑料污染問題，尤其是禁止或限制一次性不可降解材料使用的禁(限)塑令發(fā)布以后，可降解材料的產(chǎn)業(yè)化進程迅速升溫。何謂可降解材料呢?是指在一定時間和一定溫度、濕度條件下，能夠被微生物或其分泌物在酶或化學分解作用下降解成二氧化碳和水等無機小分子的高分子材料。可降解材料按其原料來源又分為石化基可降解材料和生物基可降解材料，石化基可降解材料是利用石化資源合成得到的石化基生物降解材料，如聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、改性芳香族聚酯(PBAT)、聚乙醇酸(PGA)等。生物基可降解材料是利用谷物、秸稈、木材廢棄物等為原料經(jīng)發(fā)酵或化學法合成的可降解的材料，如聚乳酸(PLA)、聚羥基烷酸酯(PHA)等，亦稱之為綠色低碳材料。 

一、聚乳酸的合成 

　　PLA系乳酸單體經(jīng)脫水縮聚所形成的高分子聚合物，是一種典型的合成類可完全生物降解材料，由于其具有可靠的生物安全性、生物可降解性、環(huán)境友好性、良好的力學性能及易于加工成形等優(yōu)點，在生物醫(yī)用高分子、紡織行業(yè)、農(nóng)用地膜和包裝等行業(yè)具有廣闊的應用前景。 PLA又稱聚丙交酯，是以乳酸為單體脫水聚合生成，目前是產(chǎn)業(yè)化最成熟、產(chǎn)量最大、應用最廣泛、價格最低的生物基和生物降解塑料。乳酸可以用玉米、木薯、秸稈等可再生生物質(zhì)作為原料，來源廣泛且可再生。PLA使用后可以堆肥降解成CO2和水，實現(xiàn)在自然界中的循環(huán)。 

　　目前聚乳酸合成主要有2種方法： 

　　(I) 一步法：乳酸直接脫水縮聚。該法優(yōu)點在于單體轉(zhuǎn)化率較高，工藝簡單，不需要經(jīng)過中間體的純化，因而成本較低。但是主要問題是反應體系有小分子水產(chǎn)生，因此產(chǎn)物的分子量及其分布難以控制，不易得到高分子量的聚合物，對設備的真空度要求高。 

　　(II) 兩步法：乳酸生成丙交酯，再開環(huán)聚合制得聚乳酸。該方法可以得到分子量和微觀結構均可調(diào)的聚乳酸，但丙交酯開環(huán)聚合法要經(jīng)過丙交酯純化的步驟，生產(chǎn)流程長，成本較高。目前聚乳酸的生產(chǎn)主要采用丙交酯開環(huán)聚合工藝。 

　　聚乳酸屬脂肪族熱塑性高分子材料，其力學性能主要受其結晶度的影響，和聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚苯乙烯（PS）等性能相當，可有效替代石油基高分子材料。聚乳酸具有良好的加工性能，可采用注塑、熱塑、擠出成型、吹膜成型、發(fā)泡成型等方式加工。其優(yōu)點/特點概述如表一所述: 

　　表一. 聚乳酸生物降解塑料特點 

二、聚乳酸的降解 

　　在微生物活性（有酶參與）作用下，酶進入聚合物的活性位置并滲透至聚合物的作用點后，使聚合物發(fā)生水解反應，從而使聚合物大分子骨架結構斷裂成小的鏈段，并最終斷裂成穩(wěn)定的小分子產(chǎn)物，完成生物降解過程。聚乳酸具有良好降解性能，其制品被廢棄后能迅速降解，最終降解產(chǎn)物為H2O 和CO2，不會污染環(huán)境。真正做到“源于自然，歸于自然”。目前，聚乳酸的降解大致可分為簡單水解降解和微生物及酶降解兩種。 

　　1、簡單水解降解 

　　簡單水解降解的主要機理一般被認為是由于聚乳酸分子鏈中含有酯鍵，極易在氫離子作用下斷裂為羧酸和醇，而降解中產(chǎn)生的酸可能會對降解有催化作用，形成自催化效應。其降解速率在很大程度上取決于pH 值、聚合物的形態(tài)、相結構等因素。一般降解的速度快慢為堿性溶液>酸性溶液>中性溶液。聚乳酸不同的結晶性也導致了其降解性的差異。一般來說，非結晶態(tài)的PLA 比結晶態(tài)的PLA 更容易加水降解。研究表明半結晶態(tài)的PLA 降解存在著兩個階段，第一個階段，水分子擴散到聚乳酸的無定型區(qū)域，導致酯鍵的隨即斷開。隨著降解的進行，當無定型區(qū)域降解幾乎結束時，結晶度增加。在第二個階段，水解才由結晶區(qū)邊緣向結晶中心開始降解。在無定型區(qū)水解過程中，生成立構規(guī)整的低分子物質(zhì)，結晶度增大，延緩了進一步水解的進行。這一性能被用于骨修復和骨內(nèi)固定材料中，調(diào)節(jié)材料的降解速度以滿足人體對材料的要求。 

　　2、生物及酶降解 

　　微生物降解是可降解材料在自然界中最普遍存在的降解方式，聚乳酸可以被多種微生物降解，如酯酶、蛋白酶K 都能催化聚乳酸降解，一般降解過程從無定型的低分子量PLA開始，最后到分子結構排列緊密的結晶相，最終降解產(chǎn)物為H2O 和CO2 對環(huán)境沒有污染。 

　　3、聚乳酸材料存放要求 

　　聚乳酸屬于對熱十分敏感的物質(zhì)， 當溫度超過200 °C時會出現(xiàn)明顯的熱降解。熱降解的速率取決于降解的時間、溫度、低分子量物質(zhì)的含量以及催化劑的濃度等。由于聚乳酸的熔點為180 °C左右， 因此其加工溫度要超過185～ 190 °C。而過高的溫度下會引起熱降解，導致聚乳酸分子量和性能的降低， 因此聚乳酸的加工溫度范圍較窄。總而言之，聚乳酸材料存放要求是干燥、低溫、密封保存。 

三、聚乳酸產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向 

　　聚乳酸是一種很好的生物基產(chǎn)品，在塑料、纖維方面都有很好的應用前景。經(jīng)過多年的研發(fā)，我國聚乳酸已經(jīng)形成萬噸級的規(guī)模，聚乳酸長絲、短絲都有產(chǎn)業(yè)化，產(chǎn)品已進入市場，后道應用也正在進行。但是與化纖產(chǎn)品相比，聚乳酸的規(guī)模化、產(chǎn)業(yè)化還不夠。此外，與聚酯纖維的高性價比和高市場接受度相比，聚乳酸纖維雖有優(yōu)點，但耐溫性差、染色性差等缺點不容忽視，在技術、工程、裝備等方面還需系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)攻關，市場接受度也有待提高。因此在放量時，需要考慮其成本和市場接受度。 

　　聚乳酸纖維是一種非常具有發(fā)展前景的生物基纖維。豐原集團通過打通從乳酸、聚乳酸到纖維、服裝的全產(chǎn)業(yè)鏈，對聚乳酸纖維的發(fā)展做出了巨大貢獻，尤其是開發(fā)秸稈纖維素作為聚乳酸的原材料，拓寬了聚乳酸的原料領域，進一步提升了聚乳酸纖維的競爭力。在環(huán)保壓力日益嚴重的形勢下，尋找可替代塑料基產(chǎn)品的材料尤為重要，而生物基聚乳酸材料則是一種非常理想的替代品。豐原集團開發(fā)的生物基聚乳酸材料能夠在性能與成本上做到優(yōu)勢，這對于聚乳酸產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要推動作用。 

　　聚乳酸產(chǎn)業(yè)的發(fā)展還有很長的路要走，一方面要通過產(chǎn)學研合作，進一步加強基礎研究；另一方面要以市場為導向，拓寬聚乳酸的應用領域，提升聚乳酸產(chǎn)品的附加值。