聚（jù）乳酸(PLA)是一種生物基與生物可降解高分子材料，由澱粉發酵生（shēng）成乳酸，然後通過聚合得（dé）到聚乳酸，使（shǐ）用後能完全（quán）降解為CO₂和H₂O。PLA具（jù）有無毒、降解產物可參與人體新陳代謝等優點，在醫用（yòng）領域得到廣泛（fàn）使用。PLA的另一個優點（diǎn）是生產過程能耗低、碳排放（fàng）低。可見，PLA的生產和使（shǐ）用既可以緩解嚴重（chóng）的百色汙染，又可以節省石油資（zī）源。

PLA是一種新型高分子材料（liào），其（qí）化學結構式如圖2-1所（suǒ）示

圖2-1

PLA的生產的工藝流程是:從植物中提取澱粉，澱粉（fěn）經（jīng）酶分解得葡萄糖，乳酸菌發酵產生乳酸，化學合成得到PLA。PLA類廢品的回收綠（lǜ）色環保，經微生（shēng）物、水、酸或堿的（de）作用，可徹底分解成CO₂和H₂O，不（bú）會對環境造成汙染。

PLA的結構單元是乳酸，乳酸單體（tǐ）於1780年首次被發現存在於牛奶中，又稱為a-羥基酸或 2-羥基丙酸，是一（yī）種具有手（shǒu）性碳的有機酸，通常表現為無色具有吸濕性的液體，根據光學活性（xìng）可分（fèn）為左旋乳酸(L-乳酸)和右旋乳酸(D-乳酸)，其結構式如圖2-2所示，L-乳酸、D-乳酸可形成消旋乳酸(DL乳酸)。其中D-乳（rǔ）酸存在於人體肌肉組（zǔ）織內（nèi），L-乳（rǔ）酸是哺（bǔ）乳動物的代謝產物。

圖2-2

聚乳酸的合成及（jí）方法

由於在自然界中並不存在天然的PLA，因此隻能通過人工合成來獲得PLA。目前常用的合成PLA的方法主要有乳酸直接（jiē）縮聚法、丙（bǐng）交酯開環聚合法、反應擠出聚合法、直接固相聚合法、溶液聚（jù）合法等。下麵對乳（rǔ）酸直接縮聚法和丙交酯開環聚合法展開介紹。

直接縮聚法

乳酸的脫水縮合是最早用於製（zhì）備（bèi）PLA的簡單且行之有效的方法。乳（rǔ）酸分子中同時含有羧基與羥基，羧基與羥基都具（jù）有很（hěn）高的反應活性，通過加熱，乳酸分子之間發生脫水（shuǐ）縮合反應，可直（zhí）接製備得到PLA。直接縮聚法具有原（yuán）料來源廣、價（jià）格低（dī）廉、操（cāo）作簡單、試（shì）劑用量少等特點，但所製得的聚合物相對分子質量偏低，不足以滿足成膜或紡絲的市場（chǎng）需求，應用價值不（bú）大，必須進一步提高聚合物的相對（duì）分子質量，才能開拓更加（jiā）廣闊的市場，使其具（jù）有更加廣泛的用（yòng）途（tú）。基（jī）於上述合成PLA的缺點，人們提出兩種方法對其進行改進；①熔融-固相縮聚法，以高純度乳酸單體作為反應原料，通過熔融聚合法製備出低相（xiàng）對分子質量的PLA，然後運用固相聚合方法，使相對分子質量較低的PLA的端基進一步發生反應使其擴鏈，從而大大（dà）提高了最終產（chǎn）物的相對分子質量;②擴鏈（liàn）法，以乳（rǔ）酸單體（tǐ）為（wéi）原料、先直接縮合合（hé）成相對分子質量較低的PLA，再在氨氣保護下（xià）加熱至熔融(溫度在200℃左右)並（bìng）加入異氰酸酯擴鏈，相對分子質量可提高（gāo）3~4倍。

丙交酯開環聚合法

使用乳酸直接脫水縮合（hé）製備PLA的方法時，由於在反應（yīng）過程（chéng）中，反應體係的黏度會逐漸增大，使反應（yīng）產生的水很難分離（lí），阻（zǔ）礙了反（fǎn）應（yīng）向正方向進行，而導致反應得到的PLA相對分子質量偏低，不足以滿足市場需求。因（yīn）此需采用更加可行的方法來（lái）提高PLA的相對分子質量，丙交（jiāo）酯開環聚合法可製得高相對分子質量的PLA。丙交酯開環聚合製備PLA的方法分（fèn）為兩步:①乳酸在催（cuī）化劑的作用下（xià），脫（tuō）水縮（suō）聚成二聚體--丙交酯;②丙交酯直接本體熔融（róng）聚合得到PLA。該方法（fǎ）在第一步中（zhōng）將體係中的（de）水（shuǐ）全部（bù）除去（qù），第二（èr）步反應為本體反應，不產生任何阻礙反應進行的雜質（zhì），因此可得到高相對分子質量的（de）PLA。丙交酯的光學異構結構如圖2-3所示。在一定條件下，無論（lùn）是乳酸縮合還是丙交酯（zhǐ）開環都可得到全規（guī）、間規、雜規及無規的 PLA。丙（bǐng）交（jiāo）酯開環聚合的機理可分為:陰離（lí）子型開環聚合、陽離子型開環聚（jù）合和配位型開環聚合。

圖（tú）2-3

綜上所述（shù），雖（suī）然PLA的合成方法多種多樣，但要想得到相對分子質量大於10萬的高相對（duì）分子質量（liàng） PLA，丙交酯開環聚合是最行之有效且應（yīng）用（yòng）最為廣泛的合成方法。