聚乳酸降解机理
生物降解型塑料-聚乳酸(PLA)
生物降解型塑料-聚乳酸(PLA)清华大学美术学院 贺书俊 学号2012013080摘要： 近年来世界各国都高度重视源于可再生资源的可降解高分子材料的研究开发，聚乳酸因可生物降解、性能优异、应用广泛而深受青睐。
本文主要介绍了聚乳酸的降解机理、作为可降解塑料的应用现状、改进方法以及未来的发展趋势。
1、 聚乳酸简介单个的乳酸分子中有一个羟基和一个羧基，多个乳酸分子在一起，-OH 与别的分子的-COOH 脱水缩合，-COOH 与别的分子的-OH 脱水缩合，就这样，它们手拉手形成了聚合物，叫做聚乳酸。
聚乳酸也称为聚丙交酯，属于聚酯家族。
聚乳酸是以乳酸为主要原料聚合得到的聚合物，原料来源充分而且可以再生。
聚乳酸的生产过程无污染，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。
[1]2、 聚乳酸降解机理聚乳酸是典型的“绿色塑料”，因其良好的生物相容性、完全可降解性及生物可吸收性，是生物降解材料领域中最受重视的材料之一，下面就聚乳酸的降解机理进行介绍。
聚乳酸是一种合成的脂肪族聚酯，其降解可分为简单水解（酸碱催化）降解和酶催化水解降解。
从物理角度看，有均相和非均相降解。
非均相降解指降解反应发生在聚合物表面，而均相降解则是降解发生在聚合物内部。
从化学角度看，主要有三种方式降解：①主链降解生成低聚体和单体；②侧链水解生成可溶性主链高分子；③交链点裂解生成可溶性线性高分子。
本体侵蚀机理认为聚乳酸降解的主要方式为本体侵蚀，根本原因是聚乳酸分子链上酯键的水解。
聚乳酸类聚合物的端羧基（由聚合引入及降解产生）对其水解起催化作用，随着降解的进行，端羧基量增加，降解速率加快，从而产生自催化现象。
[2]因乳酸来源于可再生资源，经过聚合、改性、加工成制品，当制品废弃时，能完全被人体吸收或被环境生物所降解成二氧化碳和水，从而造福人类并无污染地回归自然，聚乳酸的生产过程无污染，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。
最新聚乳酸的降解机理复习进程
在自然环境中首先发生水解，通过主链上不稳定 的酯键水解而成低聚物，然后，微生物进入组织物内， 将其分解成二氧化碳和水。在堆肥的条件下（高温和高 湿度），水解反应可轻易完成，分解的速度也较快。在 不容易产生水解反应的环境下，分解过程是循序渐进的。
降解的主要方式：本体侵蚀。
2 PLA的体内降解
PLA材料浸入水性介质中或植人体内后，首先发生材料 吸水。水性介质渗入聚合物基质，导致聚合物分子链松弛， 酯键开始初步水解，分子量降低，逐渐降解为低聚物。
聚乳酸的端羧基(由聚合引入及降解产生)对其水解 起催化作用， 随着降解的进行， 端羧基量增加， 降解 速率加快， 从而产生自催化现象 。
5 生物体吸收代谢的途径
5.1 直接氧化分解为CO２和H２O 在氧气充足的条件下，骨骼肌、心肌或其它
组织细胞能摄取血液中的乳酸，在乳酸脱氢酶的作 用下，将乳酸转变成丙酮酸，然后进入线粒体被彻 底氧化分解，生成ＣＯ２和Ｈ２Ｏ，通过呼吸道、 大小便、汗液排除体外。
5 生物体吸收代谢的途径
5.2 经糖异生途径生成葡萄糖和糖元 缺氧时，乳酸大量进入血液，血乳酸的浓度升
内部降解快于表面降解， 这归因于具端羧基的降 解产物滞留于样品内，产生自加速效应 。
2 PLA的体内降解
随着降解进行，材料内部会有越来越多的羧基 加速内部材料的降解，进一步增大内外差异。当内 部材料完全转变成可溶性齐聚物并溶解在水性介质 中时，就会形成表面由没有完全降解的高聚物组成 的中空结构。进一步降解才使低聚物水解为小分子， 最后溶解在水性介质中。
4 降解影响因素
(4)立构规整性的影响： 在碱性条件下， 降解速率为PDLA (PLLA)<P
聚乳酸降解条件
聚乳酸降解条件
聚乳酸的降解条件主要包括温度、水分、酸碱环境和微生物等因素。
1. 温度：聚乳酸的降解速度受温度影响较大，一般在较高温度下降解更快。
一般情况下，聚乳酸的降解温度在60℃左右。
温度过高会导致剧烈的分解反应，而温度过低则会减缓降解速度。
2. 水分：水分对聚乳酸的降解速度也有一定的影响。
聚乳酸的溶解度相对较低，水分的增加会加快聚乳酸的降解。
因此，湿度较高的环境可能促进聚乳酸的降解。
3. 酸碱环境：聚乳酸在酸性或碱性环境下均易于降解。
在强酸或强碱存在的情况下，聚乳酸的降解速度会更快。
这是因为酸碱环境会破坏聚乳酸长链结构，加速其降解。
4. 微生物：某些微生物可以分解聚乳酸，其中包括一些真菌和细菌。
这些微生物通过产生聚乳酸酶来降解聚乳酸。
因此，如果在含有这些微生物的环境中，聚乳酸的降解速度会更快。
需要注意的是，聚乳酸的降解条件是相互影响的，不同的因素综合作用会对降解速度产生不同的影响。
此外，不同类型和品牌的聚乳酸材料可能对降解条件有所差异。
聚乳酸的降解
聚乳酸的降解聚乳酸是一种生物可降解高分子材料，具有广泛的应用前景。
本文将就聚乳酸的降解过程进行详细介绍。
聚乳酸是由乳酸分子通过酯键连接而成的高分子链。
其分子结构中含有酯键，这使得聚乳酸具有较好的生物可降解性。
在自然环境中，聚乳酸可被微生物或酶降解，最终转化为二氧化碳和水等无毒物质。
这种降解过程被称为聚乳酸的生物降解。
聚乳酸的降解速度受多种因素的影响，包括聚乳酸的分子结构、降解环境的温度和湿度等。
一般来说，聚乳酸的分子量越低，降解速度越快。
此外，较高的温度和湿度也有利于聚乳酸的降解。
例如，在土壤中，聚乳酸的降解速度通常比在水中要快。
聚乳酸的降解过程主要分为两个阶段：表面降解和体内降解。
在表面降解阶段，聚乳酸会逐渐溶解，并形成微孔结构，从而增加了降解表面积。
这有利于降解酶的进一步作用。
在体内降解阶段，降解酶会进一步降解聚乳酸链，将其分解为低分子量的化合物。
最终，这些化合物会通过代谢途径被微生物分解，最终转化为无毒物质。
聚乳酸的降解产物对环境没有污染，因此被广泛应用于医疗领域。
例如，聚乳酸可以制备生物可降解的缝合线和缝合钉，在手术后自行降解，无需二次手术取出。
此外，聚乳酸还可以制备药物缓释系统，通过控制聚乳酸的降解速率来实现药物的缓慢释放。
这种系统可以提高药物疗效，减少用药频率。
除了医疗领域，聚乳酸还被广泛应用于包装材料和生物塑料等领域。
由于聚乳酸的生物可降解性，使用聚乳酸制作的包装材料可以减少对环境的污染。
与传统塑料相比，聚乳酸减少了对石油资源的依赖，具有更好的可持续性。
尽管聚乳酸具有良好的生物可降解性，但在实际应用中仍存在一些挑战。
首先，聚乳酸的降解速度较慢，尤其是在非理想的环境条件下。
其次，降解过程中会产生一些中间产物，可能对环境造成一定影响。
此外，聚乳酸的生产成本较高，限制了其大规模应用。
聚乳酸作为一种生物可降解高分子材料，具有广泛的应用前景。
通过研究聚乳酸的降解过程，可以进一步优化其性能，并推动其在医疗、包装和塑料等领域的应用。
pla降解条件
PLA降解条件简介聚乳酸（Polylactic Acid，PLA）是一种生物可降解的聚合物，由乳酸分子通过酯化反应聚合而成。
PLA具有良好的生物相容性和可降解性，因此被广泛应用于医药、食品包装、纺织品等领域。
然而，PLA的降解速度受到多种因素的影响，本文将探讨PLA的降解条件及其影响因素。
PLA降解条件PLA的降解条件包括温度、湿度、pH值、微生物等因素。
这些条件对PLA的降解速度产生重要影响。
温度温度是影响PLA降解速度的重要因素之一。
一般而言，较高的温度会加速PLA的降解过程。
在常温下，PLA的降解速度较慢，但当温度升高到一定程度时，PLA的链断裂速率会明显增加。
这是由于高温能够提供足够的能量，使PLA分子链内部的键能够被破坏，从而导致降解的发生。
湿度湿度是另一个影响PLA降解速度的重要因素。
湿度越高，PLA的降解速度越快。
这是因为湿度会导致PLA分子链中的酯键水解，从而加速降解过程。
当湿度较低时，PLA的链断裂速率较慢，降解速度也相对较慢。
pH值pH值是影响PLA降解速度的另一个关键因素。
一般而言，较低的pH值会加速PLA的降解。
这是由于酸性环境能够促使PLA分子链中的酯键水解，从而导致降解的发生。
相反，较高的pH值会减缓PLA的降解速度。
微生物某些微生物也可以影响PLA的降解速度。
一些特定的细菌和真菌具有PLA降解的能力，它们能够分泌特定的酶来水解PLA分子链中的酯键，从而加速降解过程。
这种微生物降解PLA的过程被称为生物降解。
PLA降解过程PLA的降解过程主要包括水解和微生物降解两种方式。
水解水解是PLA降解的主要方式之一。
在水解过程中，PLA分子链中的酯键被水分子水解，形成乳酸单体。
水解过程可以通过湿度、温度和pH值等因素来调控。
当这些条件适宜时，水分子能够进入PLA分子链内部，与酯键反应，从而导致链断裂和降解的发生。
微生物降解微生物降解是另一种重要的PLA降解方式。
一些特定的细菌和真菌能够分泌特定的酶，能够水解PLA分子链中的酯键，从而加速降解过程。
聚乳酸降解材料的应用领域与降解机理和方法
聚乳酸降解材料的应用领域与降解机理和方法一、聚乳酸的应用聚乳酸（PLA）类材料具有很高的附加值，其研究与开发对国民经济的增长和社会的发展具有极其重要的意义。
可完全生物降解聚乳酸现已广泛应用于医药、纺织、农业和包装等领域。
1、在医疗领域的应用用可降解的生物高分子作药物载体长期植入体内后，可以控制药物的释放速度，并实现药物的靶向释放，提高药效。
PLA是骨组织工程中的优选材料之一，在硬骨组织再生、软骨组织再生、人造皮肤、神经修复等方面均可作为细胞生长载体，并取得了令人满意的结果。
聚乳酸类材料用作外科手术缝合线时，由于其具有良好的生物降解性，能在伤口愈合后自动降解并被吸收而无需二次手术。
随着伤口的愈合，缝合线缓慢降解。
2、在其它领域中的应用PLA在富氧及微生物的作用下会自动分解，并最终生成C02和H20而不污染环境。
PLA作为可完全生物降解塑料，越来越受到人们的重视。
可将PLA制成农用薄膜、纸代用品、纸张塑膜、包装薄膜、食品容器、生活垃圾袋、农药化肥缓释材料、化妆品的添加成分等。
随着 PLA等可生物降解塑料材料的应运而生，在原有聚乙烯等传统不可降解塑料制品中加入适量PLA等生物材料制成的塑料制品，既可部分实现生物降解，原有的力学性能又没有明显的改变。
这一技术突破为解决废旧塑料制品污染找到了一条新途径，也为塑料价值链带来了新机遇。
生物塑料和普通塑料共混使用，在日本已经比较普遍，如丰田汽车公司的塑料零部件中，30%使用了可生物降解塑料，70%为传统塑料这样既提高了塑料部件的可降解程度，成本增加又不是很大，市场接受起来也相对容易一些。
二、聚乳酸降解机理和方法已有研究表明，自然界中目前已知的能够降解聚乳酸的微生物十分有限。
通过对不同土壤环境中能够降解聚酯的微生物情况进行评价，结果显示自然界中降解PHB(聚-β-羟基丁酸酯)、PCL和PTMS(聚四亚甲基琥珀酯)的微生物数量是基本相似的，大约都在0．8％～11％，这能与这些聚酯材料的酯键极易被相关脂肪酶水解有关：而降解PLA的微生物数量则不到0.04％。
聚乳酸生物降解的研究进展
聚乳酸生物降解的研究进展一、本文概述随着全球环境问题的日益严峻，特别是塑料废弃物对环境的污染问题，生物降解材料的研究与应用越来越受到人们的关注。
聚乳酸（PLA）作为一种重要的生物降解材料，因其良好的生物相容性、可加工性和环保性，在包装、医疗、农业等领域具有广泛的应用前景。
本文旨在综述聚乳酸生物降解的研究进展，包括其生物降解机制、影响因素、改性方法以及应用现状，以期为聚乳酸的进一步研究和应用提供参考。
本文首先介绍了聚乳酸的基本性质，包括其分子结构、合成方法以及主要性能。
接着，重点分析了聚乳酸的生物降解机制，包括酶解、微生物降解和动物体降解等过程，并探讨了影响聚乳酸生物降解的主要因素，如结晶度、分子量、添加剂等。
在此基础上，本文综述了聚乳酸的改性方法，包括共聚、共混、填充和表面改性等，以提高其生物降解性能和机械性能。
本文总结了聚乳酸在包装、医疗、农业等领域的应用现状，并展望了其未来的发展趋势。
通过本文的综述，旨在为聚乳酸生物降解的研究与应用提供有益的参考，同时为推动生物降解材料的发展贡献一份力量。
二、聚乳酸的生物降解机理聚乳酸（PLA）的生物降解主要依赖于微生物的作用，这些微生物包括细菌和真菌，它们能够分泌特定的酶来降解PLA。
生物降解过程通常包括两个主要步骤：首先是微生物对PLA表面的附着和酶的产生，然后是酶对PLA的催化水解。
在降解过程中，微生物首先通过其细胞壁上的特定受体识别并附着在PLA表面。
随后，微生物开始分泌能够降解PLA的酶，这些酶主要包括聚乳酸解聚酶和酯酶。
聚乳酸解聚酶能够直接作用于PLA的酯键，将其水解为乳酸单体；而酯酶则能够水解PLA链末端的乳酸单体。
水解产生的乳酸单体可以被微生物进一步利用，通过三羧酸循环等途径转化为二氧化碳和水，或者用于微生物自身的生长和代谢。
这个过程中，微生物扮演了关键的角色，它们不仅能够降解PLA，还能够将降解产生的乳酸完全矿化为无害的物质。
值得注意的是，PLA的生物降解速率受到多种因素的影响，包括PLA的分子量、结晶度、形态、微生物的种类和活性、环境温度和湿度等。
医用聚乳酸体内降解机理
缩聚法制得的通常是低分子 量PLA，高分子量PLA主要 通过开环聚合制得。不同的 合成方法会改变聚合物的分 子特征，如分子量，分子量 分布，端基性质，PLA的构 型及主链结构。
方法二：先由乳酸合成丙交酯,再在 催化剂作用下开环聚合
自加速效应机理：酸性环境中末端基的自催化效应
起初酯键的水解在整个基体中是均一的。 随着降解的进行,内部PH低于表面。 水溶性低分子量降解产物在表层和基体内部的扩散速度是不同的,位 于表层的可溶降解产物易于扩散到外部介质中,羧基末端基和外部缓 冲溶液也发生中和,从而降低了PLA表层的酸度;而基体内部的降解产 物受扩散的影响无法从基体逸出,浓度不断增加,使内部pH值较低。 酸性条件下水解加速：这是由羧基末端基自催化的过程。 H+
Fischer等人发现,采用退火制备的部 分结晶PLA在水性介质中水解首先发 生在非结晶区，然后从结晶部分的周 向中心逐渐进行。
PLA降解性能的影响因素——降解介质
PLA降解性能的影响因素——几何形状，合成方式
几何形状
Grizzi等人发现薄膜，粉末和微球与大型试样相比降解速度慢得多。
合成方式
方法一：乳酸直接图
PLA降解性能的影响因素之一——分子量 小分子量降解速度快！
可以通过调节分子量来控制降解时间。
PLA降解性能的影响因素之二——构型/结晶形态
左 旋 聚 乳 酸 （ PLLA， 粘 均 分 子 量 为 23 300） 和 内消旋聚乳酸（PDLLA，粘 均 分 子 量 为 23 900） 两 种 薄 膜 在 模 拟 体 液 中 进 行 降 解
聚乳酸(polylactic acid)
体内降解机理
简介
聚乳酸(PLA)是一类可完全降解、对环境友好 的脂肪族聚酯类高分子材料,具有优良的生物 相容性。同时具有较好的机械强度、弹性模 量和热成型性,可在治疗牙周骨组织损伤，引 导骨再生（GBR）等组织工程中起重要的支架 作用。
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4 降解影响因素
(2)结晶度 降解过程总是从无定形区到结晶区. 这是由于结晶区分子链段堆积紧密， 水不容易
渗透进去。先渗入无定型区，导致酯键的断裂，当大 部分无定型区已降解时，才由边缘向结晶区的中心开 始降解。在无定型区水解过程中，生成立构规整的低 分子物质，结晶度增大，延缓了进一步水解的进行
4 降解影响因素
(4)立构规整性的影响： 在碱性条件下， 降解速率为PDLA (PLLA)<P
(LDL)A<PDLLA
PDLLA 由于甲基处于间同立构或无规立构状 态， 对水的吸收速度较快， 因此降解较快； 而对 PLLA及PDLA来说水解分为2个阶段：第一阶段， 水分子扩散进入无定型区，然后发生水解；第二阶 段是晶区的水解，相对来说较为缓慢。
降解的主要方式：本体侵蚀。
2 PLA的体内降解
PLA材料浸入水性介质中或植人体内后，首先发生材 料吸水。水性介质渗入聚合物基质，导致聚合物分子链松弛， 酯键开始初步水解，分子量降低，逐渐降解为低聚物。
聚乳酸的端羧基(由聚合引入及降解产生)对其水 解起催化作用， 随着降解的进行， 端羧基量增加， 降 解速率加快， 从而产生自催化现象 。
A途径转变为脂肪酸、胆固醇、酮体和乙酸等物质， 亦可经由丙酮酸，通过氨基转换作用生成丙氨酸， 参与蛋白质代谢。 5.4 随尿液和汗液直接排出
此过程消除量极少，仅占总消除量的5%左右。
4 降解影响因素
（5)酶 聚乳酸主链上含有酯键，可以被酯酶加速降解。 如根霉属菌酯肪酶、猪胰腺酯肪酶、猪肝脏的
梭基酯酶。
5 生物体吸收代谢的途径
乳酸（C３H６O３）的消除 乳酸大量存在时，会导致人体内环境稳态的
丧失，尤其是固有的酸碱平衡将被打破，轻则代谢 紊乱，重则危及生命，因此，人体内必须消除乳酸。
PLA的体内降解
整个溶蚀过程是由不溶于水的固体变成水溶 性物质。
宏观上是材料整体结构破坏，体积变小，逐 渐变为碎片，最后完全溶解并被人体吸收或排出体外；
微观上是聚合物大分子链发生化学分解，如分 子量变小、分子链断开和侧链断裂等， 变为水溶性 的小分子而进入体液，被细胞吞噬并被转化和代谢。
3 PLA的体外降解
4 降解影响因素
(3)分子量及分子量的分布 分子量与降解速率成反比。分子量越大， 聚合物的结
构越紧密， 内部的酯键越不容易断裂；而且，分子量越大， 经降解所得的链段越长， 不易溶于水中，产生的水和氢正 离子越少，使pH 值下降缓慢，这也是其降解速率比低分子 量聚乳酸的低的原因之一。
对于平均分子量相同的聚合物来说，分子量分布越宽， 降解速率越快。这是因为分子量较小的聚合物先分解后， 环境pH值由中性向酸性转变，从而加快了降解速度。
生物可降解材料——聚乳酸
降解机理与代谢途径简述
王丽 复旦大学
1 概述
聚乳酸(PLA) 是一种具有优良的生物相容性 和可生物降解性的合成高分子材料。PLA这种线型 热塑性生物可降解脂肪族聚酯是以玉米、小麦、木 薯等一些植物中提取的淀粉为最初原料,经过酶分 解得到葡萄糖,再经过乳酸菌发酵后变成乳酸,然后 经过化学合成得到高纯度聚乳酸。
内部降解快于表面降解， 这归因于具端羧基的降 解产物滞留于样品内，产生自加速效应 。
2 PLA的体内降解
随着降解进行，材料内部会有越来越多的羧 基加速内部材料的降解，进一步增大内外差异。当 内部材料完全转变成可溶性齐聚物并溶解在水性介 质中时，就会形成表面由没有完全降解的高聚物组 成的中空结构。进一步降解才使低聚物水解为小分 子，最后溶解在水性介质中。
5 生物体吸收代谢的途径
5.1 直接氧化分解为CO２和H２O 在氧气充足的条件下，骨骼肌、心肌或其
它组织细胞能摄取血液中的乳酸，在乳酸脱氢酶的 作用下，将乳酸转变成丙酮酸，然后进入线粒体被 彻底氧化分解，生成ＣＯ２和Ｈ２Ｏ，通过呼吸道、 大小便、汗液排除体外。
5 生物体吸收代谢的途径
5.2 经糖异生途径生成葡萄糖和糖元 缺氧时，乳酸大量进入血液，血乳酸的浓度
升高，激活肝脏和骨骼肌细胞中的糖异生途径，将 大量的乳酸转变成葡萄糖，并且释放入血液，以补 充运动时血糖的消耗；
在糖异生过程中，要吸收大量的H+，因此通 过该过程可维护人体内环境的酸碱平衡，使机体内 环境重新恢复稳态。
5 生物体吸收代谢的途径
5.3 用于脂肪酸、丙氨酸等物质的合成 在肝脏细胞中，乳酸经由丙酮酸、乙酰辅酶
PLLA和PDLA是部分结晶高分子，力学强度 较好，常用作医用缝合线和外科矫形材料。药物控 释制剂常采用PLLA和PDLLA,但更多的是使用 PDLLA。PLLA的降解产物L一乳酸能被人体完全代 谢，因而比D-PLA更具竞争力。
2 PLA体内降解
PLA的水解是个复杂的过程，主要包括4个现 象：吸水、酯键的断裂、可溶性齐聚物的扩散和碎 片的分解。
聚乳酸的分解有两个阶段：经水解反应分解之后 再靠微生物分解。
在自然环境中首先发生水解，通过主链上不稳定 的酯键水解而成低聚物，然后，微生物进入组织物内， 将其分解成二氧化碳和水。在堆肥的条件下（高温和 高湿度），水解反应可轻易完成，分解的速度也较快。 在不容易产生水解反应的环境下，分解过程是循序渐 进的。
1 概述
聚乳酸（PLA）分子结构式如图，其中的酯 键易水解，能在体内或土壤中经微生物的作用降解 生成乳酸，代谢最终产物是水和二氧化碳，所以对 人体不会产生毒副作用，使用非常安全。因此聚乳 酸已经被应用于医学、药学等许多方面，如用作外 科手术缝合线、药物控制释放系统等等。
1 概述
由于乳酸具有旋光性,因此对应的聚乳酸有三 种:PDLA、PLLA、PDLLA(消旋) 。
3 PLA的体外降解
微生物在自然界中普遍存在，聚乳酸可以被 多种微生物降解。如镰刀酶念珠菌，青霉菌，腐殖 菌等。
不同细菌对不同构形的聚乳酸的降解情况是 不同的。研究结果表明，镰刀酶念珠菌、青霉菌都 可以完全吸收D,L 乳酸，部分还可以吸收可溶的聚 乳酸低聚物。
4 降解影响因素
(1) pH值 酸或碱都能催化PLA水解。 聚乳酸在碱性条件下降解速率>酸性条件下