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1.2 聚乳酸概述和研究现状
1.2.1 聚乳酸概述
聚乳酸材料的发展起源于1893年Bischoff和Walden公开的丙交酯生产配方。20世纪30年代美国高分子科学家Carothers成功合成低分子量聚乳酸，自此可生物降解合成聚酯材料聚乳酸进入到人们的视野。聚乳酸又称为聚丙交酯，它是以富含淀粉的农作物（如玉米、小麦、土豆等）为原料，经水解得到葡萄糖，再经乳酸菌发酵转化成乳酸，最后经聚合反应人工合成的热塑性脂肪族聚酯。由于经乳酸菌发酵得到的乳酸具有两种旋光异构体：左旋乳酸（L-LA）和右旋乳酸（D-LA），聚合过程中首先形成三种构型的丙交酯（左旋，右旋及消旋结构），其构型如图1.1所示，因此均聚物聚乳酸以三种立体结构形式存在，即左旋立构（PLLA）、右旋立构（PDLA）及消旋立构（PDLLA）[4]。而乳酸菌发酵过程得到的乳酸几乎都以左旋乳酸（L-LA）的形式存在（99.5% L-LA及0.5% D-LA）[5, 6]，因而聚乳酸三种不同立体结构中比较容易得到的是聚左旋乳酸（PLLA）和聚消旋乳酸（PDLLA）。科学研究过程中大多采用PLLA，它是一种质地硬而脆的半结晶性聚合物材料，玻璃化转变温度Tg为50-80℃，熔融温度Tm为160-180℃，结晶度大约为37%。
图1.1 不同构型乳酸制得三种构型环状丙交酯产物[4]。
聚乳酸是一种无毒无害，生物相容性良好的可降解生物塑料，而且强度高、可塑性好，适于传统塑料的各种加工成型方式。聚乳酸材料的优点主要表现在以下几个方面：
（1）聚乳酸（PLA）是一种新型的生物降解材料，使用可再生的植物资源（如玉米）所提出的淀粉原料制成。淀粉原料经由发酵过程制成乳酸，再通过化学合成转换成聚乳酸。其具有良好的生物可降解性，使用后能被自然界中微生物完全降解，最终生成二氧化碳和水，不污染环境，这对保护环境非常有利，是公认的环境友好材料。关爱地球，你我有责。世界二氧化碳排放量据新闻报道在2030年全球温度将升至60℃，普通塑料的处理方法依然是焚烧火化，造成大量温室气体排入空气中，而聚乳酸塑料则是掩埋在土壤里降解，产生的二氧化碳直接进入土壤有机质或被植物吸收，不会排入空气中，不会造成温室效应。
（2）机械性能及物理性能良好。聚乳酸适用于吹塑、热塑等各种加工方法，加工方便，应用十分广泛。可用于加工从工业到民用的各种塑料制品、包装食品、快餐饭盒、无纺布、工业及民用布。进而加工成农用织物、保健织物、抹布、卫生用品、室外防紫外线织物、帐篷布、地垫面等等，市场前景十分看好。
（3）相容性与可降解性良好。聚乳酸在医药领域应用也非常广泛，如可生产一次性输液用具、免拆型手术缝合线等，低分子聚乳酸作药物缓释包装剂等。
（4）聚乳酸（PLA）除了有生物可降解塑料的基本的特性外，还具备有自己独特的特性。传统生物可降解塑料的强度、透明度及对气候变化的抵抗能力皆不如一般的塑料。
（5）聚乳酸（PLA）和石化合成塑料的基本物性类似，也就是说，它可以广泛地用来制造各种应用产品。聚乳酸也拥有良好的光泽性和透明度，和利用聚苯乙烯所制的薄膜相当，是其它生物可降解产品无法提供的。
（6）聚乳酸（PLA）具有最良好的抗拉强度及延展度，聚乳酸也可以各种普通加工方式生产，例如：熔化挤出成型，射出成型，吹膜成型，发泡成型及真空成型，与目前广泛所使用的聚合物有类似的成形条件，此外它也具有与传统薄膜相同的印刷性能。如此，聚乳酸就可以应各不同业界的需求，制成各式各样的应用产品。