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摘 要：聚乳酸（PLA）是以乳酸为主要原料聚合得到的聚合物,它的生产过程无污染,而且产品可以生物降解,实现在自然界中的循环,因此是理想的绿色高分子材料.由聚乳酸制成的产品除了能生物降解外,生物相容性、光泽度、透明性、手感和耐热性好,有些聚乳酸甚至还具有一定的耐菌性、阻燃性和抗紫外性.本文将对聚乳酸的降解展开研究.
关 键 词：聚乳酸共聚物降解
随着科学的进步,社会的发展,越来越多的高分子聚合物出现在人们日常生活中,俨然已经成为人们必不可少的生活用品,与人们的日常生活密切相关,如塑料口袋、汽车轮胎以及一些复合纤维.高分子聚合物的应用,的确给人们带来了很多方便,与此同时,它也带来了一些问题,因为它们都属于有机物,所以在使用以后的善后处理工作就显得不那么容易.
首先,它不能燃烧,因为不论是塑料还是轮胎,它们在燃烧的时候会造成很大的污染,伴随着燃烧不充分的一氧化碳排到空气,对人体的伤害很大,对自然的破坏也很大；其次,不能掩埋,由于其特殊的高分子聚合物性质,注定了它的高含碳量,而碳的稳定性极强,因此,也不能对其进行掩埋.由于它们的不可降解性,给人们对其善后处理带来了考验,处理成本高,处理不好会产生很多白色垃圾,造成严重的污染.由于我们的日常生活出行已经离不开这些聚合物,因此,开发一种新的可降解的高分子聚合物取代这些不可降解的聚合物势在必行,在全球提倡净化空气,保护环境的大潮流下,聚乳酸（PLA）应运而生.聚乳酸是由谷物的发酵,产生的乳酸（LA）为原料聚合而成,由于乳酸的主要成分是碳水化合物,所以聚乳酸的主要成分也是碳水化合物,聚乳酸在废弃以后,可以在自然界中降解为水和二氧化碳,不会对空气造成污染,在生活中使用也不会有毒副作用,是传统塑料很好的代替品.
一、聚乳酸的基本性质
聚乳酸有三种:PDLA、PLLA、PDLLA(消旋),常用易得的是PDLLA和PLLA,分别由乳酸或丙交酯的消旋体、左旋体制得.因为PLA光学活性不一样,所以在微观结构上存在着显著的差异,进而致使它们的硬度、力学强度、加工性能、降解速率等方面有巨大的差异.而PDLA、PLLA两者具备结晶性,具有熔点高的特点,其力学强度高,降解吸收时间长,适用于内植骨装置的固定.PDLLA为非结晶结构,降解吸收速度较快,适用于软组织修复.此外,PLA有良好的光泽度与透明度,还有很好的拉伸度和延展度,有染色和织布等加工性能.
二、聚乳酸的降解机理
(一)水解降解
聚乳酸是可吸收性和生物相容性都很好的降解材料,很有发展前途.聚乳酸及其共聚物降解的早期阶段就是水解的过程,聚乳酸降解的基础就是进行简单的水解,这种降解是由于水分子的攻击,造成酯键断裂,从而形成醇和羧基,而聚乳酸属于聚酯高分子材料,含有酯键,易水解,脂类在酸性和碱性的催化下易于降解.
(二)微生物和酶的降解
微生物降解是自然界中最普遍的降解方式.聚乳酸能被很多如青霉素、腐殖菌、镰刀酶念珠菌等微生物降解.其中,青霉素和镰刀酶念珠菌能完全吸收PDLLA,能部分吸收聚乳酸的低聚物.在脂酶催化下,聚乳酸的降解率远大于蛋白酶催化时的降解率.在降解过程中,随着结晶的增加,水解速率会变慢,但不会形成新的结晶.微生物降解方法是在自然环境中进行降解的一种模拟试验方法,能比较理想地反映聚乳酸的降解性能.如果微生物量适中且温度适宜,就能加速降解的进程,还能降低结晶的形成,使降解速度更快.
三、对于聚乳酸降解方法的分析
目前,世界上对聚乳酸的降解分析研究主要基于水解和微生物的降解.为了加快聚乳酸的降解速率,国外Renouf-Glauser等相关专家加入了月桂酸,当摄入量控制在4.5%的时候,降解时间能减少到一周.在此研究基础上,研究者们又做了几组实验,在降解的过程中加入不同分量的月桂酸对聚乳酸的降解时间进行比较分析,最终发现根据实际加入量的多少能够将降解时间控制在一定的范围内,在实际运营中,人们就可以根据自身需要可以把降解时间控制在一至几周内.中国相关研究者杨小强等在聚乳酸中加入胶原质,研究结果发展,胶原质的加入大大提高了聚乳酸的降解速度,在五周左右的时间就能将聚乳酸的质量降解到一半,但对力学性能的影响很大,实验表明这些材料的拉伸弹性模量和弯曲弹性模量分别减少了80%左右.
四、影响聚乳酸降解速度的因素
影响聚乳酸降解速度的内在因素就是高分子由于其自身成分和分子结构的特殊性,使得降解过程相对复杂,外在因素就有如微生物和酸碱度等,都对其降解速度有很大的影响.归纳起来,影响聚乳酸降解的主要因素可以归类为两方面：环境和材料.
环境的影响环境中有很多不确定的因素,如温度、湿度、微生物、酸碱度等.例如,酶作为催化剂,在降解过程中起着推动降解加快的作用,温度过高会影响酶的活性,从而影响降解速率,而且,环境中的PH值同样也会影响酶的生长,过高或过低的PH值都不利于酶的生长.聚乳酸共聚物的降解在酸性的条件下进行,氢离子能使酯键断裂,而酸性和碱性则都能使聚乳酸进行水解.研究表明,聚乳酸在酸碱性环境下的降解速率是：碱性>酸性>中性.
材料的影响影响材料的降解因素主要是由于材料本身特殊的分子结构,共聚物易水解的主链和其单体的亲水性能.根据化学键水解难易程度的不同,可将不同主链的共聚物在同等水性条件中进行研究对比,根据实验结果可知,其降解的难易程度由大到小的排列是：聚酸酯>聚原酸酯>聚羧酸酯>聚氨基甲酸酯>聚碳酸酯>聚羟类聚醚.
除了主链结构的影响,材料对于水的渗透性能也是影响聚合物降解速度的重要因素.因为聚合物的亲水性和亲脂性主要是由单体的化学结构及其性能决定,所以单体的亲水性对聚合物的降解有很大的影响,但是在实际使用中,我们可以通过人为的方式改变水的渗透性,比如可以增加材料的表面积和材料的多孔结构,实现降解速度的加快.
五、结束语
聚乳酸无污染的降解能降低对生态的破坏,减少污染,是替代传统高分子聚合物材料的首选,但目前,我国对聚乳酸等降解材料的研究还处于起步阶段,聚乳酸的使用成本还相对较高,我国可利用富饶的谷物发酵进行研制方面的工作.