聚乳酸降解材料的应用领域与降解机理和方法
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。
聚乳酸的降解机理
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。
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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。
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。
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5 生物体吸收代谢的途径
(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>酸性条件下降
解速率>中性条件下降解速率。
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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
聚乳酸降解单体产物
聚乳酸降解单体产物聚乳酸是一种常见的生物可降解材料，其降解产物对环境友好，因此受到了广泛的关注和应用。
在聚乳酸降解的过程中，会产生一系列单体分子，这些单体产物的性质和行为对于聚乳酸材料的性能和应用具有重要影响。
本文将从深度和广度的角度出发，探讨聚乳酸降解单体产物的研究进展和应用前景。
1. 聚乳酸降解机理：聚乳酸的降解过程可主要分为自由基催化降解和生物降解两种方式。
在自由基催化降解中，聚乳酸分子会逐渐断裂，形成不同长度的聚合物碎片，这些碎片进一步降解成单体分子。
而在生物降解中，微生物酶的作用使得聚乳酸分子逐渐被水解成乳酸单体。
2. 聚乳酸降解单体产物的种类：聚乳酸降解过程中的主要单体产物是乳酸。
乳酸是一种无毒、可溶于水的有机酸，具有良好的生物相容性和生物降解性。
除了乳酸之外，还有一些其他的低分子量产物，如醛、羰基酸等。
3. 聚乳酸降解单体产物的性质：乳酸具有可调控的聚合度、分子结构和立体异构体，这些性质使得降解后的聚乳酸单体具有广泛的应用前景。
乳酸可以用于生物医学领域的药物输送和组织工程等方面，还可以用于食品、包装和农业等领域。
乳酸还可以通过化学反应转化为其他化合物，如聚乳酸醇、聚乳酸-聚乙二醇嵌段共聚物等。
4. 聚乳酸降解单体产物的应用前景：聚乳酸降解单体的可调控性和多样性使得其在各个领域有着广泛的应用前景。
在生物医学领域，聚乳酸降解单体可以应用于药物缓释、组织工程和生物打印等方面；在包装领域，乳酸可以制备生物降解的包装材料，减少对环境的影响；在农业领域，乳酸可以用作土壤改良剂、植物生长调节剂等。
总结回顾：聚乳酸降解单体产物对于聚乳酸材料的性能和应用具有重要影响。
乳酸作为主要的降解单体，具有可调控性和多样性，为聚乳酸材料的应用开辟了广阔的空间。
聚乳酸降解单体的研究可以帮助我们深入了解聚乳酸材料的降解机理和性能，并为其在生物医学、包装、农业等领域的应用提供技术支持。
以聚乳酸降解单体产物为研究对象，不仅可以提高聚乳酸材料的可持续性和环境友好性，还能促进相关产业的发展。
聚乳酸降解
聚乳酸降解
聚乳酸降解是一种生物降解的过程，它是指聚乳酸分子在自然环境中被微生物分解为二氧化碳和水的过程。
聚乳酸是一种生物可降解的高分子材料，它可以被微生物分解为二氧化碳和水，从而实现环境友好型的降解。
聚乳酸降解的过程是一个复杂的生物化学反应过程，需要微生物的参与。
在自然环境中，微生物会利用聚乳酸作为能源和营养物质，通过代谢反应将聚乳酸分解为二氧化碳和水。
这个过程需要一定的时间，通常需要几个月到几年的时间才能完成。
聚乳酸降解的速度受到多种因素的影响，包括温度、湿度、微生物种类和数量等。
在适宜的条件下，聚乳酸可以在几个月内完全降解，而在不适宜的条件下，聚乳酸的降解速度会大大降低。
聚乳酸降解的优点在于它可以实现环境友好型的降解，不会对环境造成污染。
与传统的塑料材料相比，聚乳酸具有更好的生物降解性能，可以有效地减少塑料垃圾对环境的影响。
聚乳酸降解的应用范围非常广泛，包括食品包装、医疗器械、农业用品等领域。
在食品包装领域，聚乳酸可以用于制作一次性餐具、饮料杯等产品，可以有效地减少塑料垃圾的产生。
在医疗器械领域，聚乳酸可以用于制作缝合线、骨钉等产品，可以有效地减少对人体的影响。
聚乳酸降解是一种环保型的降解方式，可以有效地减少塑料垃圾对环境的影响。
随着人们环保意识的提高，聚乳酸降解技术将会得到更广泛的应用。
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。
聚乳酸材料的自然降解原理
聚乳酸材料的自然降解原理聚乳酸（Polylactic acid, PLA）是一种由乳酸单体组成的聚合物材料。
它具有可生物降解性和可生物可降解性的特点，因此被广泛应用于包装材料、医疗用品、农业薄膜等领域。
聚乳酸的自然降解原理可以从两个方面理解，即在生物环境和物理-化学环境下的降解。
在生物环境下，聚乳酸材料可以通过微生物的代谢活动进行降解。
首先，当聚乳酸材料进入微生物的环境中，如土壤或水体中，微生物会利用聚乳酸作为碳源进行生长和代谢。
微生物分泌一些特定的酶，如聚酯酶（polyesterase），这些酶能够降解聚乳酸链的酯键。
酯键被切断后，聚乳酸分子逐渐分解为乳酸单体，乳酸单体则可被微生物进一步代谢为二氧化碳和水，最终进入生物循环。
在物理-化学环境下，聚乳酸材料可以通过和环境中的水分、热量、光照等因素的作用降解。
首先，聚乳酸材料可以吸收环境中的水分。
通过吸湿作用，乳酸单体之间的酯键变得更容易断裂。
其次，温度是聚乳酸降解的另一重要因素。
高温可以促进聚乳酸链的运动和酯键的断裂，从而加速降解过程。
此外，光照也可以影响聚乳酸的降解速度。
紫外光可以使聚乳酸链中的结晶区发生断裂，从而降低材料的结晶性和分子量，进而促进降解。
聚乳酸材料的降解速度主要受到材料本身的性质和环境条件的影响。
首先，聚乳酸的结晶度和分子量会影响其降解速度。
高结晶度和高分子量的聚乳酸会形成较为稳定的晶格结构，从而降解速度较慢。
而低结晶度和低分子量的聚乳酸则易于降解。
其次，环境条件是影响聚乳酸降解速度的关键因素，包括温度、湿度、光照等。
高温、高湿度和强紫外光照都会加速聚乳酸的降解速度。
总体而言，聚乳酸材料的自然降解原理可以归结为微生物的代谢活动和物理-化学环境因素的作用。
聚乳酸材料在适宜的环境条件下会发生酯键的断裂，从而分解为乳酸单体，并最终进一步降解为二氧化碳和水。
这种自然降解特性使得聚乳酸材料在环境中具有更好的可持续性和可循环性，因此得到了广泛的应用推广。
生物降解聚乳酸改性及应用
生物降解聚乳酸改性及应用摘要：综述近几年来聚生物降解聚乳酸主要的改性方法以及聚乳酸目前的应用领域。
关键词：聚乳酸改性方法应用Abstract: To review the recent years poly biodegradable polylactic acid main modification methods and application field of polylactic acid at present. Keywords: polylactide modification methods of application一、前言聚乳酸（PLA）是乳酸的一种重要的衍生物，其无毒、无刺激性, 强度高,不污染环境,可塑性好有良好的生物相容性和生物可降解性，在生物体内可逐渐降解为CO2和水，对人体无毒、无积累，被认为是21 世纪最有前途的可生物降解的功能材料。
同时聚乳酸存在的缺点是:①聚乳酸中有大量的酯键,亲水性差,降低了它与其它物质的生物相容性; ②聚合所得产物的相对分子量分布过宽,聚乳酸本身为线型聚合物,这都使聚乳酸材料的强度往往不能满足要求,脆性高,热变形温度低(0146MPa 负荷下为54 ℃) ,抗冲击性差; ③降解周期难以控制; ④价格太贵,。
改性能提高材料力学性能，降低成本，改善降解性能的有效途径[1]。
1、聚乳酸化学合成机理合成聚乳酸的单体主要有乳酸和它的环状二聚体丙交酯，根据光学活性不同可分为下列几种：从旋光性角度将丙交酯分成4 种异构体。
即：L，L-丙交酯，D，D-丙交酯，内消旋D，L-丙交酯和外消旋D，L-丙交酯。
内消旋丙交酯聚合得到的聚合物其降解性能和物理性能与外消旋丙交聚合得到的聚合物的性质有所不同。
丙交酯法给聚乳酸高聚体的研发和应用提供了一种潜在的可能性!即可根据最终产品的性能要求裁剪设计高聚物的分子结构。
从而可赋予产品许多特殊的使用性能，如结晶度、熔点和机械强度等差异[2]。
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。
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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％。
土壤掩埋的对照实验也显示，PLA在土壤中的降解速度相对比较缓慢，一般需要几年时间。
目前，人们通过土壤和菌种库筛选，已经分离到了大约几十种能够降解PLA的菌株，其中大部分降解菌都属于放线菌，例如Amycolatopsis属菌株，Kibdelosporangium aridum和Saccharothrix waywayandensis等。
PLA是乳酸单体之间通过酯键连接的，其降解应该是以酯键的断裂为基础。
但研究结果发现，大部分脂肪酶对PLA没有降解作用。
PLA产品废弃后，为了加快其生物降解和实现其有效循环利用，开发PLA的循环处理系统是十分必要的。
关于PLA循环利用的方法已经有过一些报道，例如在高于200℃下的温度下促使其分解和水解。
随着越来越多PLA降解菌株和酶的发现，人们开始尝试开发PLA废弃物的生物处理系统。