聚乳酸的研究现状及应用

成都纺织高等专科学校学报　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｃｈｅｎｇｄｕ　Ｔｅｘｔｉｌｅ　Ｃｏｌｌｅｇｅ　３３卷第１期（总第１１９期）　２０１６年１月　Ｖ０１．３３．Ｎｏ．１ｆＳｕｍ　１１９　

聚乳酸的研究现状及应用　尹学武　（四川大学轻纺与食品学院，四川成都６１００６４）　

摘要：介绍了近年国内外聚乳酸的合成、共混改性、加工成型与多功能化的研究现状及其　相关应用。　关键词：聚乳酸改性复合材料应用　中图分类号：ＴＱ３１６　文献标识码：Ａ　文章编号：１００８．５５８０（２０１６）０１－００２４－０４　

在石油基高分子材料广泛应用的今天，生物基　高分子材料因其具有来源不依耐石油、生物相容性　好、可生物降解等突出特点越来越受到关注。聚乳　酸（ＰＬＡ）作为一种可从淀粉分解、发酵制备原料乳　酸，再经聚合获得高分子产物的生物基来源、可生　物降解高分子材料，具有良好的应用前景。但因聚　乳酸性能上存在不足（韧性差，降解不可控，亲水　性差，功能性单一等），限制了其更为广泛的应用。　因此，研究人员在其结构及性能的基础上进行了大　量的改性研究，采用化学合成、物理共混、材料复合　等方法，试图在物理机械．１生能、生物降解性能、表面　润湿性能以及多功能化等方面有所改善或加强，从　而扩展聚乳酸的应用领域。　了采用该方法制备拓扑结构的聚丙交酯及其共　聚物。　门丹丹等　综述了乳酸一氨基酸共聚物的制　备及研究进展，介绍了乳酸一氨基酸共聚物的合成　方法，总结了包括开环聚合和直接聚合及在其基础　上发展出的端氨基聚乳酸引发法、侧基功能化聚乳　酸接枝氨基酸或多肽、大分子偶联法等新方法。　Ｊａｓｏｎ　Ｏｌｅｊｎｉｃｚａｋ等　通过在侧位引人短链羟基、氨　基、巯基等活性基团，采用硝基苄基化合物作基团　保护，可以通过光照脱保护从而催化聚合物成环降　解，实现了聚丙交酯类衍生物的可控降解。　

２共混改性　

１　合成　２．１物理机械性能一增强增韧改性　在合成上对聚乳酸的改进工作主要集中在聚　合工艺的改善和采用不同组分进行共聚改性两　方面。　关颖等　１　３综述了聚乳酸合成技术和进展情况，　总结了聚乳酸合成的方法主要包括：开环聚合（阳　离子聚合、阴离子聚合、配位聚合），直接缩聚（熔　融聚合、溶液聚合、熔融一固相聚合）。对比两种　方法，前者具有更好的产品质量，后者具有更好的　工业前景。王雪等　详细介绍了合成聚丙交酯的　“无终止聚合”，一种采用一元醇、多元醇、官能化　醇作为链转移剂与稀土金属有机配合物组成催化　体系对丙交酯进行开环聚合的方法，并进一步介绍　针对聚乳酸力学性能的不足，对其改进的主要　工作是采用共混改性进行的。通过添加无机纳米　粒子、改性天然高分子材料、相容剂、交联剂等制备　复合材料，试图改善聚乳酸的强度和韧性。　Ｅｄａ　Ａｃｉｋ　Ｃｕｍｋｕｒ等　详细研究了采用五种不　同有机改性的纳米黏土（Ｃｌｏｉｓｉｔｅｓ＠１５Ａ，２５Ａ，ａｎｄ　３０Ｂ，ａｎｄ　Ｎａｎｏｆｉｌｓ＠５　ａｎｄ　８），两种不同相容剂制备　的聚乳酸纳米复合材料。考察了黏土分散、相容剂　与聚合物基体化学相容性、复合材料的形貌和机械　性能的变化等。结果显示由于相容剂会影响到黏　土的分散及自身形成尺寸等方面，所以不同的黏土　在合适的相容剂作用下才能与基体聚合物形成较　

收稿日期：２０１５—１０—２１　作者：尹学武（１９９０一），男，博士研究生，研究方向：聚酯的阻燃改性及高性能纤维的制备。　第１期　聚乳酸的研究现状及应用　高强度和韧性的复合材料。ｘ．Ｌｉ等　将微电弧氧　化（ＭＡＯ）处理的镁合金线（ＭＡＷｓ）与聚乳酸采用　薄层叠加热压工艺制备出具有单一方向增强的复　合材料。由于ＭＡＯ处理的ＭＡＷｓ与ＰＬＡ有效地　增强了界面作用，使该材料具有良好的强度和韧　性，有望在骨折固定方面发挥作用。Ｍ．Ｓｈａｙａｎ　等＿７］采用甘油、马来酸酐改性热塑性淀粉　（ＭＴＰＳ），并将其与聚乳酸、无机纳米蒙脱土等进行　反应型共混，在引发剂ＤＣＰ和交联剂ＴＡＩＣ的作用　下形成了交联型聚乳酸／马来酸化热塑性淀粉／蒙　脱土纳米复合材料。并详细研究了ＴＡＩＣ、ＭＴＰＳ、　ＭＭＴ等的含量对复合材料力学性能的影响。Ｓｔｅ—　ｐｈｅｎ　Ｓｐｉｎｅｌｌａ等　为了改善聚乳酸的热挠曲温度，　将不同酸改性的纤维素纳米微晶（ＣＮＣｓ）与聚乳酸　熔融共混得到复合材料。其中采用乳酸改性的　ＣＮＣｓ与聚乳酸有良好的相容性，增强效果最佳，添　加量为５％时相比纯的聚乳酸，储能模量在玻璃化　转变温度上下分别提高了３１％（２３ｏＣ）和４５０％　（７０￣Ｃ），热挠曲温度提高ｌ０℃。而在添加量２０％　时热挠曲温度可提高２０￣Ｃ。Ｘｕｅｌｉａｎ　Ｘｉａ等　采用　不同方法改性后的苎麻纤维与聚乳酸共混制备了　聚乳酸／苎麻复合材料。由于改性后的苎麻纤维与　聚乳酸具有较好的相容性，聚乳酸在苎麻纤维表面　生成横晶，从而导致银纹发展受限，因此提高了复　合材料的强度和韧性。葛昭等¨。。采用硅烷偶联剂　（ＫＨ５５０）和六亚甲基二异氰酸酯（ＨＭＤＩ）两种偶　联剂对聚乳￣／Ｌｙｏｃｅｌｌ纤维复合材料进行界面改　性，其中ＨＭＤＩ的效果更佳，在含量１％时，复合材　料的软化温度、拉伸强度、拉伸模量、弯曲强度、弯　曲模量、冲击强度等都有明显提高。王利平等＿１¨　研究了界面增容剂马来酸酐（ＭＡＨ）、过氧化二异　苯丙（ＤＣＰ）及二者并用对丁腈橡胶增韧聚乳酸体　系相容性的影响。对比研究发现，单独使用ＤＣＰ　的增容效果最佳，并解释了相应的增韧机理。Ｙａｎｇ　Ｓｕｎ等¨引合成了木质素一橡胶一聚乳酸（ＰＤＬＡ）　共聚物并将其与商用聚乳酸（ＰＬＬＡ）共混得到复合　材料，通过不同结构的聚乳酸单元在界面形成立体　络合网络有效地改善了材料的界面作用。　２．２结晶性能一成核剂　由于聚乳酸的玻璃化转变温度低、结晶速率慢　等因素导致制品成型周期长、耐热性差、机械强度　低等不足。而改善材料的结晶性能有利于得到更　耐热和更好机械性能的制品，加入成核剂被证明是　一种简单有效的方法。因此对聚乳酸的改性工作，　有很多是关于成核剂的研究。　李成浪Ｌ１　综述了“聚乳酸成核剂的研究进　展”，李丽ｌ＿１　］综述了“聚乳酸有机成核剂研究进　展”，二者详细地介绍了不同种类成核剂对聚乳酸　结晶行为的影响。Ｘｕｅｔａｏ　Ｓｈｉ等　对比了不同异　相成核剂（碳酸钙、高岭土、滑石粉、硫酸盐ＬＡＫ）　对聚乳酸结晶性能的影响，发现其中的滑石粉和硫　酸盐是更为有效的成核剂，都能起到增强填料和成　核剂的作用。　陈哲峰等¨纠研究了成核剂对应力诱　导聚乳酸薄膜结晶的影响。结果显示，成核剂会阻　碍聚乳酸应力诱导结晶；同时，在相对较低的拉伸　温度下，更有利于应力诱导结晶的进行。　

２．３生物降解性能　聚乳酸作为一种可生物降解的高分子材料，其　降解行为主要受环境因素（温度、相对湿度、ｐＨ值　等）和自身结构（分子量大小及分布、结晶度等）的　影响。王彪等　研究了光学稳定剂、抗氧剂以及　甲基丙烯酸缩水甘油酯（ＧＭＡ）和亚磷酸三苯酯　（１’ＰＰ）等助剂对聚乳酸热降解及热稳定性的影响。　通过凝胶渗透色谱和流变学方法得出ＴＰＰ具有有　效阻止聚乳酸降解的作用，其中部分助剂复配后协　同作用使基体热稳定性有所提高。朱久进等ｎ引研　究了环糊精改性聚乳酸基生物材料的体外降解行　为，作为一种全生物降解的新型生物材料，其具有　和聚乳酸类似的降解行为。Ｓｈｅｎｇｚｈｅ　Ｙａｎｇ等　制　备了生物基聚乳酸／大豆蛋白混合物并将其应用于　园艺，同时研究了材料的降解行为，采集了大量数　据，为大豆基聚合物混合物在相关领域的应用提供　了一定的实验依据。　

２．４多功能复合改性　聚乳酸具有很好的生物特性，若在此基础上引　入其他功能性单元，制备多功能复合材料，可以大　大地拓展其应用领域。陈雅君等ｌ２０　综述了聚乳酸　的阻燃改性研究，周露等［２ｕ综述了聚乳酸的无卤　阻燃研究，二者详细介绍了聚乳酸阻燃改性的现状　及未来发展。周露等［２　矧将聚乳酸、改性过的红　麻纤维、阻燃剂等共混制备了增强抗熔滴阻燃聚乳　成都纺织高等专科学校学报　２０１６年１月　酸复合材料，具有较好的力学性能和阻燃性能。通　过将聚乳酸与炭黑　或碳纳米管　等复合，可以　制备导电或具有抗静电效果的复合材料。王蓉　等　驯将聚乳酸和荧光粉共混熔融纺丝制备了荧　光防伪纤维并研究了其基本性能，另外还详细地研　究了该荧光防伪纤维的耐酸碱性能。除了以上提　到的聚乳酸多功能化的相关研究外，还有很多其它　的复合功能化研究进展，无法一一列举。　

３成型及应用　聚乳酸作为一种可溶可熔的高分子材料，可以　通过多种工艺加工成型，制品可应用于不同的领　域。其中主要采用的工艺包括静电纺丝、熔融挤　出、热压、发泡等；而目前其主要是应用在生物医疗　领域。　薛丽等｜２引采用糖球模板法结合热致相分离技　术制备了三维多孔聚乳酸组织工程支架材料。支　架材料的内部结构可以通过调节糖球模板的尺寸　和热处理时间实现精确调控，其孔径从５０　ｍ到　８００Ｉｘｍ、内连通孔径从１０１．Ｌｍ到２００１ｘｍ连续可调。　司军辉等　采用静电纺丝制备了ＰＬＡ／ＰＣＬ核壳　复合纤维，两种生物可降解材料相结合，可以同时　利用ＰＬＡ的强度和ＰＣＬ的延展性从而制备出综合　性能较好的复合材料。陈艳春等　。。采用静电纺丝　技术制备ＰＬＡ纤维膜，然后将其作为隔离层直接　喷到两种不同的聚丙烯（ＰＰ）经编网眼结构网片　上，制备ＰＰ／ＰＬＡ盆底复合补片。作为女性盆底修　复用的ＰＰ盆底补片存在易引发并发症的缺点，若　将生物相容性良好的ＰＬＡ与其复合，使补片在与　人体器官接触的一面具有良好相容性和抗黏连效　果，有望制备出综合性能优异的复合型补片材料。　聚乳酸同样可以通过不同的发泡工艺如釜压发泡　法、连续挤出发泡法、注塑发泡法等制备发泡材料，　广泛应用于包装、汽车及生物医疗等领域　。　

４结语　随着对聚乳酸研究的深入进行，聚乳酸制品趋　于向高性能化和复合功能化发展，应用范围也将扩　展到诸多领域。而当进一步突破工业化应用的壁　垒后，聚乳酸这一材料将会为人类和地球的健康做　出巨大的贡献。　

参考文献　关颖，王洋，李琳．聚乳酸合成技术及其新产品开发　［Ｊ］．化学工业，２０１４，３２（９）：３１—３７．　王雪，刘娜，刘波，等．高效合成聚丙交酯的策略一　无终止聚合［ｊ］．高分子学报，２ｏ１５（８）：８８４—８９６．　门丹丹，王金涛，陈金周．乳酸一氨基酸共聚物的制　备及研究发展［Ｊ］．化工新型材料，２０１３，４１（４）：　１７２—１７４．　Ｊａｓｏｎ　０１ｅｊｎｉｃｚａｋ，Ｍｉｎｎｉｅ　Ｃｈａｎ，Ａｄａｈ　Ａｌｍｕｔａｉｒｉ．Ｌｉｇｈｔ　

—Ｔｒｉｇｇｅｒｅｄ　Ｉｎｔｒａｍｏｌｅｅｕｌａｒ　Ｃｙｅｌｉｚａｔｉｏｎ　ｉｎ　Ｐｏｌｙ（１ａｃｔｉｃ—　ｃｏ—ｇｌｙｅｏｌｉｃ　ａｃｉｄ）一Ｂａｓｅｄ　Ｐｏｌｙｍｅｒｓ　ｆｏｒ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　Ｄｅｇ—　ｒａｄａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ，２０１５，４８（１０）：３１６６