聚乳酸微生物降解机理
生物可降解塑料实验报告
一、实验目的1. 了解生物可降解塑料的制备原理及方法。
2. 掌握生物可降解塑料的性能测试方法。
3. 分析不同生物可降解塑料的性能差异。
二、实验原理生物可降解塑料是指在微生物作用下能够降解的塑料，具有生物相容性、生物降解性、环境友好等特点。
制备生物可降解塑料主要采用微生物发酵、生物转化等技术，将可再生资源转化为塑料。
本实验以聚乳酸（PLA）和聚羟基脂肪酸酯（PHA）为研究对象，分别进行制备与性能测试。
三、实验材料与仪器1. 实验材料：玉米淀粉、葡萄糖、脂肪酸、微生物发酵菌种等。
2. 实验仪器：发酵罐、离心机、干燥箱、万能试验机、扫描电镜、傅里叶变换红外光谱仪等。
四、实验方法1. PLA制备（1）将玉米淀粉与葡萄糖按一定比例混合，加入一定量的微生物发酵菌种，置于发酵罐中进行发酵。
（2）发酵完成后，将发酵液离心分离，收集上清液。
（3）将上清液进行浓缩、干燥，得到PLA粗产品。
（4）对PLA粗产品进行提纯、干燥，得到PLA纯产品。
2. PHA制备（1）将脂肪酸与微生物发酵菌种按一定比例混合，置于发酵罐中进行发酵。
（2）发酵完成后，将发酵液离心分离，收集上清液。
（3）将上清液进行浓缩、干燥，得到PHA粗产品。
（4）对PHA粗产品进行提纯、干燥，得到PHA纯产品。
3. 性能测试（1）PLA性能测试- 热稳定性测试：采用差示扫描量热法（DSC）测定PLA的玻璃化转变温度（Tg）和熔点（Tm）。
- 机械性能测试：采用万能试验机测定PLA的拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度等。
- 光学性能测试：采用扫描电镜观察PLA的微观形貌。
（2）PHA性能测试- 热稳定性测试：采用DSC测定PHA的Tg和Tm。
- 机械性能测试：采用万能试验机测定PHA的拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度等。
- 光学性能测试：采用扫描电镜观察PHA的微观形貌。
五、实验结果与分析1. PLA性能分析PLA的Tg为55-60℃，Tm为180℃，具有良好的热稳定性。
聚乳酸材料介绍
聚乳酸材料介绍聚乳酸是一种生物可降解的高分子材料，其化学名称为聚乳酸酯（PLA），是由乳酸分子经过聚合反应而成。
它具有优异的物理、化学和机械性能，同时还具有良好的生物相容性和可降解性，被广泛应用于医疗、食品包装、纺织等领域。
聚乳酸材料的物理性质聚乳酸是一种无色透明的高分子材料，在常温下为固体。
它的密度约为1.25 g/cm³，熔点在165-175℃之间。
聚乳酸具有良好的耐热性和耐候性，在高温下也不易变形或变色。
此外，它还具有一定的透光性和柔软性。
聚乳酸材料的化学性质聚乳酸是一种相对稳定的高分子材料，在常规条件下不会发生明显的化学反应。
但在强碱或强酸环境下，聚乳酸会发生水解反应，并最终分解成二氧化碳和水。
这使得它成为一种非常环保的材料，可以有效地减少对环境的污染。
聚乳酸材料的机械性能聚乳酸具有较高的强度和硬度，可以用于制造各种机械零件和工业用品。
它还具有良好的抗拉伸性、弯曲性和冲击性能，在一定程度上可以代替一些传统材料。
此外，聚乳酸还具有较好的耐磨性和耐腐蚀性，可用于制造化学容器、医疗器械等。
聚乳酸材料的生物相容性由于聚乳酸是一种天然产物，因此它具有良好的生物相容性。
在人体内分解时，它会被分解成二氧化碳和水，并被人体代谢掉。
这使得聚乳酸成为一种理想的医疗材料，在制造缝合线、支架、修复组织等方面应用广泛。
聚乳酸材料的可降解性聚乳酸是一种生物可降解的高分子材料，在自然界中会被微生物分解成二氧化碳和水。
这使得它成为一种环保的材料，可以有效地减少对环境的污染。
此外，聚乳酸还可以通过物理方法（如加热）或化学方法（如水解）来分解，从而实现回收再利用。
聚乳酸材料的应用由于聚乳酸具有良好的物理、化学和机械性能，以及优异的生物相容性和可降解性，因此被广泛应用于医疗、食品包装、纺织等领域。
在医疗领域中，聚乳酸被广泛用于制造缝合线、支架、修复组织等医疗器械。
它具有良好的生物相容性和可降解性，在人体内不会产生任何不良反应。
聚乳酸
聚乳酸的合成方法
• 目前合成聚乳酸（PLA）的方法主要分为直接缩聚法和间 接法（即丙交酯开环聚合、扩链反应等）。 •
直接缩聚
乳酸的直接缩聚由于存在着乳酸、水、聚酯及丙交酯的 平衡，不易得到高分子量的聚合物．但是乳酸的来源充足， 价格便宜，所以直接法合成聚乳酸比较经济合算． • 直接缩聚法包括： • 溶液缩聚法、熔融固相缩聚、 熔融缩聚法 、 微波辐射熔 融缩聚法、反应挤出聚合
• 开环聚合
目前研究合成聚乳酸的最多方法是丙交酯的开环聚合， 其开环聚合的机理有阳离子聚合、阴离子聚合、配位聚合3 种。分别为：阳离子开环聚合、阴离子开环聚合、 配位插入 开环聚合。 • 阳离子开环聚合： 阳离子开环聚合反应是引发剂与单体相互作用生成鎓子 或鎓氧离子，经单分子开环反应生成酰基正离子，然后单体 再对这种增长中心进攻。这类引发剂种类很多质子酸（HCl， RSO3H等）、路易斯酸（AlCl3，SnCl4等）、烷基化试剂 （CF3SO3CH3等）还有ZnO，SnO，PbO，SnO2，MgO，TiCl4 等．以引发剂SnCl4 为例，其反应机理：
• 。这类引发剂种类很多质子酸（HCl，RSO3H等）、路易斯 酸（AlCl3，SnCl4等）、烷基化试剂（CF3SO3CH3等）还有 ZnO，SnO，PbO，SnO2，MgO，TiCl4 等．以引发剂SnCl4 为例，其反应机理：
• 配位插入开环聚合: 配位插入开环聚合反应一般认为是单 体上的氧原子与催化剂金属的空轨道配位络合，单体再在 金属-碳或金属-烷氧链上进行插入和增长．催化剂主要为 过渡金属有机化合物和氧化物．这类反应的催化剂种类很 多如烷基金属和烷基金属化合物．如AL（Oi2Pr）3，Sn （Oct）2、烷基稀土配位化合物、BuSnOMe、卟啉铝 等．其中Sn（Oct）2已成为最常用、最有效的催化剂，其 催化剂机理为:
聚乳酸技术——精选推荐
聚乳酸技术1.引言聚乳酸是一种用途广泛的、生物可降解脂肪族聚酯，它来源于100%的可再生资源，如：棉花、甜菜。
在很多商品领域，聚乳酸有很大的应用前景。
尽管聚乳酸的综合性能优良，但其高昂的成本制约了它的商业竞争力（每磅价格高于2美元）。
直到现在，聚乳酸很少有取代石油基塑料商品应用的成功先例，它的最初应用仅限于医学应用，如：手术缝合线。
1997年，两家大公司宣布合并成立Cargill Dow LLC新公司，致力于聚乳酸的生产和营销上，目的在于减少生产成本，使聚乳酸成为批量生产的塑料。
聚乳酸可以通过乳酸直接缩合和环状二聚体的开环聚合得到（图1）。
由于直接缩合聚合是一个平衡反应，在聚合反应的后期很难出去痕量的水，这限制了最终分子量。
尽管Mitsui Toatsu Chemicals 取得了用高沸点溶剂共沸蒸馏法促进直接酯化过程中水的去除，从而获得高分子量聚乳酸，大部分工作仍集中在开环聚合上。
图1.聚乳酸聚合路线Cargill Dow LLC公司在聚乳酸基聚合物的低成本连续生产过程活得了专利。
该过程在熔体中而不是溶液中综合考虑了合成丙交酯和聚乳酸的实际环境和经济效益，首次得到了基于可再生资源的商业化且实际可行的生物降解聚合物。
该过程从乳酸水溶液制备低分质量聚乳酸预聚体的直接缩合开始（图2）。
然后，采用锡类催化剂提高分子内成环反应速率，将该预聚体转化成丙交酯的不同异图2 聚乳酸预聚体和丙交酯的合成示意图体混合物。
熔融的丙交酯混合物通过真空蒸馏纯化。
最后，在熔体状态下，高分子量的聚乳酸经锡类催化剂催化开环聚合得到，从而完全避免使用价格高昂且环境不友好溶剂。
聚合完成后，所有没有反应的单体在真空下除去，并被用作反应的初始原料（图3）。
图3 聚乳酸的无溶剂合成过程在明尼苏达州，装有一套采用该工艺过程的年产80万磅的生产线。
近来，Cargill Dow LLC公司宣布将在北美于2002年建设年产3000万磅的聚乳酸工厂，并在不久的将来，在欧洲建设另外的聚乳酸工厂。
PLA聚乳酸PBAT-PBS生物降解材料详细介绍
三、全生物降解材料叫法： （1）全生物降解树脂、100%全生物降解树脂、可降解材料 （2）可堆肥材料 Compostable materials （3）可生物降解树脂、可降看
目录
01 PBAT
02 PBS
03PLA
01
PBAT
聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯
PBAT的特性及用途领域
PBAT是一种半结晶型聚合物，通常结 晶温度在110℃附近，PBAT的结晶度大概 在30%左右，PBAT的加工性能与LDPE非常 相似，可用LDPE的加工设备吹膜。 TH801T 密度： 1.20-1.28 g/cm³ 熔点: 110-120 °C 流动性: ≤5 拉伸强度：20-25 MPa 断裂伸长率： 500%≥ 缺口冲击： NB KJ/m³ 维卡软化点： 80°C≥ PBAT属于热塑性生物降解塑料，是己二酸丁二醇 酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物，兼具PBA和 PBT的特性，既有较好的延展性和断裂伸长率，也 有较好的耐热性和冲击性能；此外，还具有优良 的生物降解性，是目前生物降解塑料研究中非常 活跃和市场应用最好降解材料之一。
03
PLA
聚乳酸
PLA聚乳酸概述
PLA又称聚乳酸，是一种新型的生物基及 可再生生物降解材料，加工温度170~230°C， 使用可再生的植物资源（如玉米、木薯等） 所提出的淀粉原料制成。淀粉原料经由糖化 得到葡萄糖，再由葡萄糖及一定的菌种发酵 制成高纯度的乳酸，再通过化学合成方法合 成一定分子量的聚乳酸。其具有良好的生物 可降解性，使用后能被自然界中微生物在特 定条件下完全降解，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。 PLA 密度： 1.20-1.30 g/cm³ 熔点: 155-185°C 流动性: 拉伸强度： 断裂伸长率： 缺口冲击： 维卡软化点：
PLA-聚乳酸简介
PLA-聚乳酸简介聚乳酸，英文名称Polylactic acid 或者Polylactide，简称PLA，由生物发酵生产的乳酸经人工化学合成而得的热塑性聚合物，但仍保持着良好的生物相容性和生物可降解性。
不象其他的树脂必须来源于石油，聚乳酸来源于可再生的象玉米、小麦、甘蔗等天然农作物，是一种完全绿色材料，近年来越来越受到全世界的关注。
聚乳酸是由生物发酵生产的乳酸经人工化学合成而得的聚合物，但仍保持着良好的生物相容性和生物可降解性。
具有与聚酯相似的防渗透性，同时具有与聚苯乙烯相似的光泽度､清晰度和加工性。
并提供了比聚烯烃更低温度的可热合性，可采用熔融加工技术，包括纺纱技术进行加工。
因此聚乳酸可以被加工成各种包装用材料，像农业､建筑业用的塑料型材､薄膜，以及化工､纺织业用的无纺布､聚酯纤维等。
而PLA的生产耗能只相当于传统石油化工产品的20%—50%，产生的二氧化碳气体则只为相应的50%。
聚乳酸有良好的机械性能及物理性能，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、地面垫等等，市场前景十分看好。
聚乳酸有良好的相溶性和可降解性，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，低分子量聚乳酸作药物缓释包装剂等。
聚乳酸是一种全新形态的塑料,它来源于自然循环再生的概念，一个和现今传统塑料正好相反的概念，它不是由有限的石化资源（石油）所制成，而是使用可再生的植物资源（如玉米）所提出的淀粉原料制成。
淀粉原料可经由发酵过程制成乳酸，再通过化学合成转换成聚乳酸。
90年代由葡萄糖转成乳酸的制造技术已有重大的突破，聚乳酸生产技术的改进降低了聚乳酸的生产成本。
PLA的合成和分子结构式：聚乳酸的分解：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。
新型生物降解材料聚乳酸综述
和抗 紫外性。聚乳 酸具有优于 聚乙烯 、 聚丙烯、 聚
苯 乙烯 等热 塑性 塑 料 的优 点 ， 产 业 界认 定 最 有 发 被 展前 途 的新 型包 装 材 料 之 一 。而且 其 强 度 、 械 性 机
能、 降解速率等可通过分 子量 控制 ， 聚体 的组 成 共
及 配 比可方便 调 节 。 聚乳 酸 的热稳 定 性 好 ， 用 于 适 吹塑 、 塑 、 出纺 丝 、 塑 和 发 泡 等 多 种 加 工 方 吸 挤 注 法 ， 加工 成薄 膜 、 装袋 、 装 盒 、 次性 快 餐 盒 、 可 包 包 一 饮 料用 瓶 以及 医用 材 料 ， 得其 在 服 装 、 装 、 具 使 包 玩
２ 聚 乳 酸 的 合 成 方 法
聚乳酸 （ Ｌ ） 称 为 聚丙 交 酯 ， 早 由美 国著 ＰＡ 也 最
键等的天然或合成高 分子。微生物 首先 向体外分 名高分子化学家 Ｃｒｔｅｓ 现。Ｐ Ａ的合成方法 ａ ｈｒ 发 ｏ Ｌ
天 然 的可再 生 资 源——淀 粉 发 酵 ， 可 持 续 发 展 具 对
有重 要 意义 。聚乳 酸用 途 非 常广 泛 ， 已用 于 可 生 现
聚乳 酸 的 熔 点 较 高 （７ ￣ ） 其 物 理 性 质 介 于 １５（ ， ２ Ｐ Ｔ 聚对苯 二 甲酸类 塑料 ） Ｐ ６ 尼龙 塑料 ） Ｅ（ 和 Ａ一 （ 之 间 ， 晶度 大 、 明度 极 好 ， 良好 的抗 溶 剂 性 、 结 透 有 防 潮、 耐油 脂 、 气 性 ， 具 有 一 定 的 耐 菌 性 、 透 还 阻燃 性
可 生物 降解 材 料 主要 是 指 可 生 物 降解 塑 料 ， 这 类 高分 子材 料 为 含 有 易 被 水 解 的酯 键 、 酰胺 键 、 脲 泌 水解 酶 ， 可 生 物 降 解 材 料 表 面 结 合 ， 过 水 解 与 通 切断这 些 材料 表面 的高分 子 链 ， 成 低 相 对 分子 质 生 量 的化合 物 （ 机酸 、 等 ） 然后 ， 解 的生 成 物被 有 糖 ， 降
聚乳酸(PLA)生物降解的研究进展
达到 ４ 万吨， ５ 年；日 本岛津 、 丰田等公司也实现了年产上
万吨的生产规模， 而我国 目 以浙江海正集团规模最大， 前 已具有年产万吨的生产能力。Ｐ Ａ已经被成功地应用于 Ｌ
医疗 、 纺织和包装等产业Ｉ 】 因此， Ｌ ２。 Ｐ Ａ被认为是最具 潜力的替代现有塑料的新型“ 生态材料” 】 Ｉ 之解的研究进展
李凡， 王莎， 刘巍峰 ， 陈冠军
（ 山东 大学 微生 物技 术 国家 重点 实 验室 ，济南 ２０ ０） ５ １０
摘要 ：聚乳 酸（ｏｙ ｃ ｃ ｃｄ Ｐ Ａ Ｐ ｌｌ ｔ ｉ， Ｌ ）是一种新兴 的，由可再生资源——乳酸 聚合而 成的高分子聚酯 。 ａ ｉＡ 因为其 具有优 良的物理化学性 能 、生物相容性及生 物可降解性，且对环境及人 体无毒害作用 ， 而被认 为是一种最具潜力 的绿 色生物 塑料。作为环境 友好材料，聚乳 酸 日益受到人们 的重视 。基于可循环
结构组成如图 １ 所示 。
并且 这些 聚酯不 论是 生物 合成还 是化 学合 成都存 在 高成本生 产的问题。近年来 ，虽然各国科研工作者在 此 领域 进行 了大量研 究，相 继取 得 了一 些专利 成果 ， 但 Ｐ Ｂ、Ｐ Ｓ和 Ｐ Ｌ仍 只限于小规模生产，在 医疗 Ｈ Ｂ Ｃ
卫生 、高档 化妆 品及高 附加值 产 品包 装 中试用 。 而
境 问题 的 日益重视 ，生物可降解塑料逐步受 到青 睐。
目前 开发 的生 物可 降解 塑料 主要 是 聚酯类 ，包 括 聚 羟基 丁酸酯 （Ｈ ） Ｐ Ｂ ，聚琥 珀酸 丁酸酯 （Ｂ ） 己内 Ｐ Ｓ，聚 酯 （Ｃ ） Ｐ Ｌ ，聚乳酸 （Ｌ 等，这些 聚酯 的优 势主要 体 Ｐ Ａ） 现在其生物 可降解性和可再生性 ；而且 ， 天然 的或经 过改 性 的聚酯具 有和 传统 塑料相 当甚 至更 优 的机械 性 能和 物理 化学 性能 ，能 够满 足 人们社 会 生活 的需 求 ，其 中 聚乳 酸 以其 优 良的物 理 化学性 能 和潜 在 的 成本优 势尤受人们的关注…。 在可 降解聚酯开发 初期， Ｐ Ｂ存 在脆性 高，透明度和机械性能较差 等问题 ，而 Ｈ Ｐ Ｓ和 Ｐ Ｌ熔点低 ， Ｂ Ｃ 物化性 能及加工特性 尚需改进 ，
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聚乳酸微生物降解机理
聚乳酸微生物降解的机理主要涉及微生物分解聚乳酸的能力和降解的途径。
首先，一些特定的微生物具有分解聚乳酸的能力。
这些微生物主要是属于一些细菌和真菌，如聚乳酸酶菌、聚乳酸纤维酶菌、聚乳酸产酶菌等。
这些微生物能够产生特定的酶来降解聚乳酸分子。
其次，聚乳酸微生物降解的途径主要是通过酶的作用将聚乳酸分子分解为小分子物质，如单体乳酸、二聚体、三聚体等。
这些小分子物质可以被微生物吸收和利用作为能源供给。
此外，还有一些微生物能够通过菌膜的作用将聚乳酸降解为更小的碎片，并最终将其完全分解为二氧化碳、水等无害物质。
需要注意的是，聚乳酸微生物降解的速度和效率受到多种因素的影响，如环境条件、降解物质的性质、微生物种类等。
同时，聚乳酸微生物降解还会产生一些中间产物，如乳酸和乙醇等，这些产物可能对环境产生一定的影响，需要进行处理和监测。