聚乳酸及其改性的研究和应用进展
完全生物降解材料聚乳酸的改性及应用
完全生物降解材料聚乳酸的改性及应用1、聚乳酸聚乳酸(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。
聚乳酸制品废弃后在土壤或水中,30天内会在微生物、水、酸和碱的作用下彻底分解成CO2和H2O,随后在太阳光合作用下,又成为淀粉的起始原料,不会对环境产生污染,因而是一种完全自然循环型的可生物降解材料。
1.1聚乳酸的制备目前聚乳酸的生产和制备主要有两条路线:(1)间接法即丙交酯开环聚合法(ROP法);(2)直接聚合法(PC法)。
两类方法皆以乳酸为原料。
丙交酯开环聚合法是先将乳酸缩聚为低聚物,低聚物在高温、高真空等条件下发生分子内酯交换反应,解聚为乳酸的环状二聚体2丙交酯,丙交酯再开环聚合得到聚乳酸,此方法中要求高纯度的丙交酯。
直接法使用高效脱水剂使乳酸或其低聚物分子间脱水,以本体或溶液聚合的方式制备聚乳酸。
1.2聚乳酸的基本性质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)。
常用易得的是PDLLA和PLLA,分别由乳酸或丙交酯的消旋体、左旋体制得。
聚乳酸(PLA)是一种真正的生物塑料,其无毒、无刺激性,具有良好的生物相容性,可生物分解吸收,强度高,不污染环境,可塑性好,易于加工成型。
由于聚乳酸优良的生物相容性,其降解产物能参与人体代谢,已被美国食品医药局(FDA)批准,可用作医用手术缝合线、注射用胶囊、微球及埋植剂等。
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,乳酸价格以及聚合工艺决定了PLA的成本较高。
聚乳酸及其共聚物的应用及研究进展
聚乳酸及其共聚物的应用及研究进展随着医学的发展，在现代医学治疗中经常需要一些暂时性的材料，尤其是在外科领域，如可吸收缝线、软组织植入、骨折内固定材料、人工血管、止血剂、外科粘合剂以及药物缓释系统，这就要求植入的材料在创伤愈合或药物释放过程中可生物降解。
所以近年来，可生物降解高分子材料正日益广泛的应用于医学领域。
作为药物缓释系统的载体材料，在药物释放完后不需要再经手术取出，可以减轻用药者的痛苦和麻烦。
因此生物降解高分子材料是很多需长期服用的药物的理想载体。
作为体内短期植入物，也可很大程度的减轻患者的痛苦。
对于医学临床应用于生物组织中的生物材料往往有如下要求：首先要确保材料和降解产物无毒性、不致癌、不致畸、不引起人体细胞的突变和组织反应；其次要与人体组织有较好的相容性，不能引起中毒、溶血凝血、发热和过敏等现象；此外，还要具有化学稳定性，抗体液、血液及酶的体内生物老化作用[1]；适当的物理机械性能及可成型性；具有要求的降解速度等[2]。
在过去的（近）20年中，发现的符合上述要求的可生物降解高分子材料有很多，如聚乳酸、丙交酯-乙交酯共聚物、聚羟基乙酸、聚羟基丁酸酯等。
这些高分子降解物大多都含有可水解的化学键。
而PLA是聚酯类可生物降解高分子聚合物中的一种，因其具有突出的生物相容性，具有与天然组织相适应的物理力学性能，和其在化学和生物性能上的多功能性而引人注意[3]。
1 聚乳酸(polylactic acid，PLA)概述PLA的结构式为：O C CHCH3OO CCH3CH OnPLA是继聚乙醇酸之后第二类经FDA批准可用于人体的生物降解材料。
其不仅具有优良的机械强度、化学稳定性，还具有良好的生物相容性和生物降解性。
近年来，国内外对其在生物医学方面的应用作了大量的研究。
其已在手术缝合线、骨修复材料、药物控制缓释系统以及组织工程支架（如人工骨、人造皮肤）方面有着较广泛的应用。
PLA还可制成纤维或包装材料用以替代聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯等，从而解决废塑料公害问题[4]。
聚乳酸的改性与成型加工研究进展
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ Ｐｒ ｇ ｅ ｓ ｏ ｏ ｉ ｃ ｔｏ ａ ｏ ｄ ｎｇ Ｐｒ ｃ ｓ ｉ ｃ ｎｏ ｏ ｙ ｏ ｓ ａ ｃ ｏ ｒ ｓ ｎ Ｍ ｄ ｆ ａ ｉ ｎ ｎｄ Ｍ ｌ ｉ ｏ ｅ ｓｎｇ Ｔｅ ｈ ｌ ｇ ｆＰＬＡ ｉ
Ｆ Ｎ ａ ｇ ，Ｑ Ｕ Ｘ ｕｌ Ｅ Ｇ Ｇ ｎ Ｉ ｉ— ｉ
摘 要 ：结 合 生 物 可 降 解 材 料 聚乳 酸 的 一 些 缺 点 ，提 出 了几 种 改 性 的 方 法 ，并 介 绍 了聚 乳 酸 成 型 加 工 常 用 的 两 种 方
法 ，即挤 出成 型 和 注 射 成 型 ，最 后 对 聚乳 酸 的 应 用 进 行 了展 望 。
关 键 词 ：聚乳 酸 ；改 性 ；降 解 ；挤 ｆ ；注 塑 Ｊ ｊ 中 图 分 类 号 ：Ｔ ３ １ ２ Ｑ ２ ． 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１０ ５ ７ （０ ０ ７— ０ １ ４ ０ ５— ７ ０ ２ １ ）０ ０ ０ —０
上 ，许 多 医学 应用 需 要亲水 性 的 聚酯材 料 ，而 聚乳 酸
是 亲脂 性 的 。
聚乙二醇 （Ｅ Ｐ Ｇ）是 常 用 的嵌 段 共 聚材 料 ，主要
是 因为它有 良好 的亲水 性 。在 亲脂 性 的 聚乳 酸主 链 中
引 入聚 乙二 醇等亲水 性链段 形成 的共 聚物具有 两亲性 ， 可应 用于药 物控 释 载体 、与 血液 接触 的表 面 和组 织粘 合剂 、释放 亲水性 大分子药 物如多 肽和蛋 白质 药物 等 ，
在 目前使 用 的各种 生 物可 降解 材料 中 ，聚乳酸 材
料被 认为 是最 有前 途 的材 料 。这 主要是 由于 聚乳酸 来
前 人 通过 提高 聚乳 酸 的亲 水性 能来 改善 它 的生物 相容
聚乳酸的研究进展
聚乳酸的研究进展摘要乳酸主要应用于食品保健、医药卫生和工业等方面。
聚乳酸是以乳酸为主要原料的聚合物，聚乳酸作为生物可降解材料的一种，对环境友好、无毒害，可应用于组织工程、药物缓释等生物医用材料，以及石油基塑料的替代材料。
本文综述了聚乳酸在可降解塑料，纤维，医用材料，农用地膜，和纺织等领域的应用，并对其发展方向进行了展望。
关键词：聚乳酸聚乳酸纤维生物医药生物降解AbstractLactic acid green chemistry is the basic structure of one of the unit ，Mainly used in food, medicine, sanitation and health care industry, etc。
Poly lactic acid is lactic acid as the main raw material polymer，Poly lactic acid as biodegradable material of a kind，Friendly to environment, non-toxic, can be applied to tissue engineering, drugs such as slow release of biomedical materials，And instead of the petroleum base plastic material。
This paper reviewed the biodegradable polylactic acid in plastic, fiber and medical materials, agricultural plastic sheeting, and textile application in the field, and its developing prospects。
聚乳酸接枝共聚改性的研究进展
链转 移法 接枝 反应 的原理 是 ： 引发剂 在高 温下 分解 出 的 自 由基 向大分子转移 ， Ｐ Ａ主链上形成活性点 ， 在 Ｌ 单体 在该活性点 上加成增 长， 即形成支链 。 彭少 贤 在 Ｎ 气氛和加热条件下 ， ： 向聚乳酸 的四氢呋 喃溶
ｔ ｎ ｏ ｏｙ ａ ｔ ｃ ｄ ｍａｎ ｃ ａｎ ｗｅ ｅ ｒ ｖｅ ｄ．Ｔｈ ｒ ｆ ｏ ｌ ｍｅ ａ ｍｐ ｏ ｅｔ ｅ ｓ ｒａ ｅｐｒ ｐ ｒｉ ｓｏ ＬＡ ｎｄ ｓ ｒ ｅ ｉ ｆｐ ｌ ｌｃ ｉ ａ ｉ ｉ ｈ ｉ ｒ ｅ ｉｗｅ ｏ ｃ ｅ ｇ ａｔｃ ｐｏｙ ｒｃ ｎ ｉ ｒ ｖ ｈ ｕ ｆ ｃ ｏ ｅｔｅ ｆＰ ａ ｅｖ ａ ｏ ａｉ ｉｉｅ ｎ ＰＬ ｂ ｅ ． Ｔ ｅ ｇ ａ ｏ ｏｙ ｒｃ ｎ ｈ ｌ ｏ ｐ ｏ ｕ ｅ ｎ ｗ ｓ ｃ ｍｐ ｔ ｌｚ ｒｉ Ａ ｌｎｄ ｂ ｈ ｒ ｆ ｃ ｐ ｌｍｅ ａ ｅ ｐ ｔ ｒ ｄ ｃ ｅ ＰＬＡ ｂｅ ｄ． ｔ ｌｎ Ｋｅ ｒ ｓ：ｐ ｌｌ ｃｉ ｃｄ；ｇ ａｔｃ ｐ ｌｍｅ ｉａ ｉｎ ｙ ｗｏ ｄ ｏ ｙａ ｔｃ ａ ｉ ｒ ｆ ０ ｏ ｙ ｒｚ ｔ０
影响发现 ： 较理想 的工 艺条 件为反应 时间 ６ ，Ｌ Ａ ： Ｐ ｈ Ｐ Ａ： Ａ Ｂ Ｏ质
材料也存在一些 明显 的性能缺 陷 ， 例如 韧性和耐 热性差 、 耐水解
性差 等。为拓宽聚乳 酸 的应用 领域 ， 科研 工作 者普 遍采 用化 学
Ｚ Ａ Ｇ Ｓ ｉ—ｅ Ｈ Ｎ ｈ — ｉ ｆ （ ｏ ｅｅｏ ｈｍｉ ｌ ｎｉｅ ｒ ｇａ ｄＥ ｖ ｏ ｍ ｎａ Ｅ ｇｎｅｉ ， Ｃ ｌ ｇ ｆ ｅ ｃ ｇ ｅｉ ｎ ｎ ｉ ｎ ｅ ｔ ｎ ｉｅｒ ｇ ｌ Ｃ ａＥ ｎ ｎ ｒ ｌ ｎ
聚乳酸的研究进展
聚乳酸的研究进展摘要：聚乳酸(Poly(lactic acid),PLA)是一种由可再生植物资源如谷物或植物秸秆发酵得到的乳酸经过化学合成制备的生物降解高分子。
聚乳酸无毒、无刺激性,具有优良的可生物降解性、生物相容性和力学性能,并可采用传统方法成型加工,因此,聚乳酸替代现有的一些通用石油基塑料己成为必然趋势。
由于聚乳酸自身强度、脆性、阻透性、耐热性等方面的缺陷限制了其应用范围,因而,增强改性聚乳酸己成为目前聚乳酸研究的热点和重点之一。
本文综述了聚乳酸的研究进展，以改性为中心。
关键词：聚乳酸改性合成方法生物降解引言天然高分子材料更具有完全生物降解性，但是它的热学、力学性能差，不能满足工程材料的性能要求，因此目前的研究方向是通过天然高分子改性，得到有使用价值的天然高分子降解塑料。
1780年,瑞典化学家Carl Wilheim Scheele 首先发现乳酸(Lactic acid ,LA)之后,对LA进一步研究发现,在大自然中其可作为糖类代谢的产物存在。
乳酸即2—羟基丙酸,是具有不对称碳原子的最小分子之一,其存在L-乳酸(LLA)和D—乳酸(DLA)两种立体异构体。
LA的生产主要以发酵法为主,一般采用玉米、小麦等淀粉或牛乳为原料,由微生物将其转化为LLA，由于人体只具有分解LLA的酶,故LLA比DLA或DLLA在生物可降解材料的应用上有独到之处。
上世纪50年代就开始了PLA的合成及应用研究上世纪70年代通过开环聚合合成了高分子量的聚乳酸并用于药物制剂及外科手术的研究上世纪80到90年代组织工程学的兴起更加推动了对PLA及其共聚物材料的研究。
目前国内外对的研究主要集中在两个方面（1）合成不同结构的聚合物材料主要是采用共聚、共混等手段合成不同结构的材料；（2）催化体系的研究。
1 PLA的结构和性能聚乳酸（PLA）的分子结构式PLA是热塑型脂肪族聚酯树脂，LA 是由乳酸在适当条件下脱水缩合而成，常温下为白色粉状固体，玻璃化温度为 50~60℃，熔点为 170~180℃，密度约为1.25g/cm3，PLA 具有良好的生物降解性、兼容性及可吸收性。
聚乳酸的合成与改性研究进展
聚乳酸在医疗界中被广泛使用 ， 主要在外科 手术 中缝合 等临床 对于聚乳酸而言 ， 降低了降解速率 ， 具有更好的强度保持性 ， 可更好 界得 到广泛 的使用 。因此 ， 随着历史 的发 展 ， 聚乳 酸依然在不 断完 地满足骨折内固定材料 的使用要求。 善 。然 而， 由于聚乳 酸分子 中的相关结构会 对分子主链产 生一定的 ２ ． ３聚乳 酸的增 塑改性 。增 塑聚乳 酸可以理解 是依据生物具有 影响， 同时是结晶的主要组成部分 ， 即使熔点较高但是速度却很慢 ， 相容性 的特点 ， 将增塑剂加人 到聚乳 酸中能够改变 聚乳 酸的柔韧性 致使温度停 留在不小于 ５ ８ ￣ Ｃ 不大于 ６ ０ ￣ Ｃ 之间 ，比聚苯乙烯温度要 等多方面的功能。 利用增塑 的方式进行 改变 聚乳酸的情况是较 为普 小 。因此 ， 通过不断的实践找到方法进行合理完善 。 遍 的。聚乳酸在增塑以后通过弹性模量变化从不同方面合理分析 ， １ 聚 乳 酸 的 合成 从而对增塑剂的性能得 到确定 。 目前 ， 常用合成 聚乳酸的方法有两种 ： ３ 在超临界二氧化碳中合成 Ｐ Ｉ ＿ Ａ １ ． １ 直接缩聚（ Ｐ Ｃ法 ） 。在脱水机存在 的环境下 ， 脱去一分 子的 在超 临界 当中的二氧化碳有较多不可思议 的特质 现象 ，例如 ： 羧基 和一分子的羟基 ， 使乳酸分子间形成低分子的聚合物 。然后在 由于压力的变化溶解性 能也会发生变化 ， 而且具有较 强的溶胀性 能 使 用催化剂 以及升温的条件下 ， 把低分子聚合物转化成高分子的聚 等 多方面特质。在这些不可思议 的特质下 ， 能够将传统 的方式所存 合 物。 这一过程常采用的聚合方法有 ： 熔 融缩 聚法 ， 熔融缩聚——固 在 的不足进行合理完善 ， 从而提高 Ｐ Ｌ Ａ的性能 。 相聚合法 ， 溶液缩聚法 。 通过传统 的方式对 Ｐ Ｌ Ａ进行合成过程 中， 由于相关 的化合 物会 在熔融 聚合 的过程中 ， 使用这个方式 即使能够得到 比较干净的 对 高分子产生一定的影 响 ， 因此一定要除去。二氧化碳在 超临界中 产物 ， 同时处理方式也较 为简便 。然而 ， 产生的分子数量 不多 ， 反应 进行合成时 ， 能够较好的减少这种情况的发 生。 由于通过超临界的 在持续 时的粘度也会逐渐增加 ， 这样就会对反应 的效率带来一定的 形式在溶解状态下的小分子 和高分子之 问存在较大 的区别 ， 通常可 影响。 除此之外 ， 温度也会对分子量大小带来干扰。 倘若温度逐渐升 以轻而 易举 的就能够将其分离 。 同时 ， 通过传统的方式进行生产 时， 高时 ， 低聚物就会出现裂解环化的现象 ， 形成丙交酯。 倘若使用 固相 也许会 出现溶液残留的现象 ， 产品存在一定的毒性。 但是 ， 采取超临 缩聚的方式对分子量进行提升 ， 应 当将压力减少或者是将副产物排 界方法 中的二氧化碳作 为反应的物质 ， 根本不会出现毒性 ， 也 确保 出等操作 。这样做会让制备过程变得很繁琐 ， 与此 同时也增加 了大 了产品的品质有所提高。 除此之外 ， 相关物质在反应过程中 ， 由于粘 量资金。 度变大 ， 分子运 动速度较慢 ， 从而对聚合速率产生一定的影响。 倘若 溶液聚合优点是 反应 温度相对较低 ， 副反应少 ， 容易得 到较高 相关物质在超临界进行反应过程 中， 分子就能够运动较快。 分子质量 的产 物 ， 但反应 中需要大量 的溶剂 ， 因此需要增设 溶剂提 通过使用 超临界二 氧化碳 的形式 ，能够有效 的增加反应效率 。 纯、 回收设备 。另外难以除净 的溶剂残 留， 对制品也有一定的危害。 然而 ， 这种方式也存 在一定 的不足之处 。在超临界 中有多数聚合物 此外 ， 由于单体浓 度低 ， 集合 速率较慢 ， 设 备 的生 产能力也 相对较 是很难 进行溶解 的， 因此不是所有的方法都能够实施。 但是 ， 随着科 低 。此外还有乳液法和悬浮造粒法。将 Ｐ Ｌ Ａ溶于有机溶剂 ， 再 与药 学技术水平 的提 高 ，这项技术 同样也在其他领 域中得到广泛 的使 物水溶 液及 助剂高速搅拌混合 ， 形成微小 的包覆 体 ， 再通 过有机溶 用 ， 比如 ： 在高分子加工 中就能达到预期 的效果等多种 的领域 中。 剂萃取或真空喷雾的方法成型 。但缺点是药物损失较大 ， 无法避免 用超临界 喷射成型技术可以制备 Ｐ Ｌ Ａ纤维 。 Ｐ Ｌ Ａ纤维 的缓释过 有机溶剂及助剂 的残 留。 程受 Ｐ Ｌ Ａ纤维 的降解所控制 ， 突释时 间短 ， 有较好 的缓解 性能 。超 １ ． ２ 开 环聚合法（ Ｒ Ｏ Ｐ法 ） 。这 种方法常常采用的聚合方法 主要 临界技术制备 Ｐ Ｌ Ａ泡沫 目前有温度诱导 ， 溶液诱 导 ， 压力诱 导三种 有三种 ： 阳离子 聚合 、 阴离子聚合 、 配位 聚合 。这些方法都需要 引发 技术 ， 其 中压力诱导发泡是最成功 的， 因为它的相变 速度很快 ， 没有 剂来引发经行 ， 对于引发剂的选择是 至关重要 的。引发剂在有机溶 压力梯度 ，而温度和溶液诱导需要仔 细考 虑温度梯 度和扩散 势垒 ， 剂 中与溶剂分子可能发生很复杂 的副反应而生成混合物。另外 ， 相 控制难度较大 。超临界二氧化碳能大幅度降低 Ｐ Ｌ Ａ的玻 璃转变温 比之下 ，这种方法的到的产物后处理 比较麻烦 ，成本也相对较高。 度， 使Ｐ Ｌ Ａ溶解于超临界二 氧化碳 中。 Ｌ Ａ的配位开环聚合常用 的引发剂 为羧酸锡盐类 、 异丙醇铝 、 烷 氧铝 ４ 结论 或 双金属烷氧化合物等。其 中 ， 羧酸锡盐类 ， 尤其是辛酸亚锡 ， 处理 通过 以上 内容 的总体阐述 ， 我 国应 当沿着 可持续 发展的路线 出 相对简单 。其催化活性高 ， 也安全无毒 。 发， 聚乳酸实现 了工业 化的发展 ， 并 且随着时间 的推移会 越来越具 ２ 聚 乳 酸 的 改性 有潜力 ， 在塑料领域 中发挥出重要 的作用。 聚乳酸具有较多的优势 ， 现今为止 ， 我 国以及世界 已经有很多 聚乳 酸的改性方法 ， 以下 可 以用在多个领域。但是 ， 由于聚乳酸 合成 的方式都是在机溶剂里 简单介 绍几种常用的改性 方法 。 实现的 ， 并且还存在一些残留以及 废液等其他情况成 为了难题 。对 ２ ． １ 聚乳酸的共 聚改性 。这种共聚改性的方法是利用两种 单体 此 ， 随着科学 的不断发展 ， 相关人员的技术不断创新 ， 这类 问题会得 活性相近 ， 极 性也相近 的性质 ， 将两种单体 混合 ， 以 自由基共聚合 ， 到较好 的解决 ， 从而为我国的社会经济做出贡献 。 生成无规共 聚物 。 若两种单体活性相近 ， 但极性相反 ， 且竞 聚率 ｒ １ — 参 考 文 献 ０ 或ｒ ２ —０ ， 将 两种单体混合 ， 通过 自由基聚合 ， 可得到交 替共 聚物 。 【 １ 】 余木 火， 徐红， 滕翠青， 韩克清． 一种 高分子量聚乳酸的制备 方法『 Ｐ 】 ． ２ ． ２聚乳酸的复合改性 。 由于聚乳酸具有一定 的脆性 ， 在骨科固 中国专利： Ｃ Ｎ Ｉ ７ ５ ７ ６ ５ ９ ． 定 中作 为重要 的材料 ，把聚乳 酸和相关 的材料通过改性 的方式 ， 能 ［ ２ ］ 任 杰， 王秦峰， 张乃文． 一种直接 熔融制备 高分子 量聚乳酸 的方法 够较好 的将 聚乳酸产生脆性的问题进行处理 。 ［ Ｐ ］ ． 中国专ｆ ｆ ￣ ］ ： Ｃ Ｎ １ ５ ６ ３ １ ３ ９ ． 例如： 上海交通 大学孙康等发 明了一种改性 甲壳素纤维增强聚 ｆ ３ 】 刘文明， 赵凌 冲， 肖青， 李凤仪． 稀土 固体超 强酸 Ｓ ０ ４ ２ 一 ０ ２ 一 Ｃ ｅ ４ ＋ 乳 酸复合材料 ， 该 复合材料具有很好 的界面结合与生物相容性 。相 直接法催化合成聚乳酸『 Ｊ １ ． 应用化学 ， ２ ０ ０ ６ （ １ ２ １ ．
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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聚乳酸及其改性的研究和应用进展
1 聚乳酸的研究进展
绿色化学为开发新的乳酸衍生物拓展了思路，生物聚合物(如聚乳酸)
就是绿色化学的应用领域之一。
目前环保行业的明星是利用乳酸生产的新型聚酯材料— — 聚乳酸
(PLA)，它也称为聚丙交酯(polylactide)，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，主要以
玉米、木薯等为原料。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。聚乳酸中
间体丙交酯具有3种立体异构体，因此由丙交酯开环聚合所得到的聚乳
酸有多种链结构，如聚L一乳酸(PLLA)、聚D一乳酸(PDLA)和聚D，L
一乳酸(PDLLA)等，链结构决定了聚乳酸的性能。Purac公司和Sulzer
Chemtech公司联合开发一种新型低成本、高效的聚合工艺以生产高质
量聚乳酸。这种新型工艺基于先进的聚合和液化技术并利用由Purac提
供的特种丙交酯以高效生产各种各样的PLA产品。Purac提供丙交酯单
体作为聚合进料并利用先进聚合技术与Sulzer合作以生产PLA。这项
工艺可大幅度降低工艺和产品的开发时间，从而促进PLA产品快速可
靠地进入市场。这项新工艺仅要求较少的投资，并具有放大化生产的巨
大潜力。Purac介绍说，由丙交酯合成PLA相当简单，而且不会产生任
何副产品。丙交酯是一种环状二聚物，由两种不同构型的乳酸单体组成。
使乳酸生成环状二聚体(丙交酯)，再开环缩聚成PLA。在此过程中，丙
交酯必须经过提纯，否则难以获得分子量较高的聚合物。
Pyramid Bioplastics公司在德国东北部威廉·皮克城应用Uhde
Inventa Fischer公司(德国纤维机械制造商)的技术在建设年产6万t的
装置。计划于2012年建成，预计2010年全世界塑料消费量预计将达
为2．5亿t，西欧消费量为4900万t(占19．5％ ，其中29．5 用于
包装材料)，预计1445万t包装材料中5 (约70万t)会被以聚乳酸为主
的生物塑料所替代。
聚乳酸是一种可再生的碳水化合物资源，因其具有广阔市场前景而
得以迅速发展，然而由于聚乳酸材料本身性质的缺陷(如性能脆、拉伸
强度低以及热稳定性差等)和一些技术问题，使其发展和应用受到了极
大的限制。PLA产业化的重大突破在于克服PLA 的热力学缺陷，它在
温度高于50℃时就发生热变形，严重影响产品的存储、运输和使用。
改善这一缺点并保持其透明性将更能使人们接受，并大大拓宽其应用市
场。
2 聚乳酸的改性
对聚乳酸改性的方法主要包括共混、共聚和复合等。改性后聚乳酸
的降解性能、耐热性能及机械性能等可得到一定改善，且不影响其生物
相容性，从而更好地满足在环保或医学领域的应用要求。可用普通高聚
物的加工方法(如挤出、注塑等)，熔融共混PLA与PDLA，以形成聚乳
酸立构复合物(SC—PLA)。这种立构复合物对PLA 的结晶起异相成核
作用，能有效促进PLA结晶。使结晶速度加快，结晶度提高，聚乳酸
材料呈现良好的机械性能、热性能和较低的收缩性能，热变形温度有所
提高。Yukiko F等人 研究了SC结构对于PLA熔融纺丝工艺的影响。
将PLA 和PDLA 以95：5共混，在熔融拉丝过程中，牵引力的作用使
得共混分子链取向结晶。将拉丝产物在高于PLA均聚物熔点的温度下
进行退火处理，迅速形成SC—PLA晶体，产物的热变形温度为100～
120℃ ，比纯PLA提高了50~60℃ ，而且力学性能也得到了很大的提
高。SC结晶结构对于PLA的热性能具有很明显的作用。首先，熔融缩
聚合成较低分子质量的PDLA和PLLA；然后将这两种构型的聚乳酸等
量比熔融共混，以形成立体配合物；最后，使熔融态的立体配合物降温
进行固相聚合反应，非晶态的聚乳酸链延长为高分子质量的有规嵌段外
消旋聚乳酸_8]。聚合物呈半结晶状态，比包装级PLA 的熔融温度高
50~80 oC，形成一个215～230℃ 单一的熔融温度，证明了SC晶体
的形成，明显地提高了熔点_9]。这种SC—PLA生物高分子材料可用于
熔融纺丝和双向拉伸薄膜。而当PLLA 和PDLA 非等比共混时，则可
以部分形成不完全的立体复合物微晶。这种立体复合物的微晶可以作为
成核剂大大促进随后的PLLA的结晶，如在加入0．5 ～5 的PDLA时，
形成的立体复合物微晶增强了聚合物链自发结晶的能力，诱导长链PLA
进行结晶，使PLLA的结晶速度明显加快，缩短结晶时间，效果优于滑
石粉成核剂。
通过PDLA与滑石粉或亚麻纤维复合的方法可以得到具有150℃ 热
变形温度的耐热PLA 复合材料，其动态拉伸模量测试结果表明：普通
PLA在温度为5O℃ 时， 由于动态模量低于临界值108Pa，而无法进
行测试。而加入5 滑石粉的PDLA，热变形温度达到139℃ ， 因为该
材料在橡胶态时还呈现较高的硬度。
还可以通过交联的方法对PLA进行改性，聚乳酸交联的一般过程是
在交联剂或者辐射作用下，通过加入其他单体与聚乳酸发生交联反应，
从而形成化学键。通过交联反应会生成网状聚合物，聚乳酸的性能如强
度会得到相应改善。交联剂通常是多官能团物质，如多官能度的酸酐或
者多异氰酸酯。根据不同的情况，交联方式及交联程度都会有所不同。
Purac不断研究乳酸及其衍生物的各种新应用，特别是提高其在工艺上
的应用价值。目的是对现有的产品或具有特殊性能的乳酸衍生物，发掘
其更广泛的应用，以适应医疗护理、黏合剂、涂料、水净化和农用化学
品等方面。这些应用性能的实现意味着绿色化学生物质原料使用的增
加，实现了可再生资源的有效利用。
3 聚乳酸的应用进展
聚乳酸作为一种新型生物工程材料，用途非常广泛，主要用于可生
物降解的纤维、塑料和医用材料等。
3．1 可降解纤维
聚乳酸作为可降解的纤维，可以采用多种方式进行加工，加工过程
的分子定向会大大增加力学强度，如日本合成的聚乳酸纤维，具有很好
的耐热性，可以和通常的聚酯纤维一样制成短丝、单丝、长丝和非织造
布等多种制品，广泛应用于服装及非服装领域，加工条件及设备与目前
聚酯纤维的相同。目前国外已经采用聚乳酸纤维和棉纱织成混纺纱，用
于制作牙刷和毛巾等多种产品。用完后可降解，对环境没有污染，属环
保型产品。
3．2 医用材料
由于聚乳酸具有无毒、合适的生物降解性、良好的生物兼容性以及
对某些具体的细胞有一定相互作用的能力，使其在在医学方面的应用优
势尤为突出，也是目前应用得最为成功的领域。聚乳酸及其共聚物用作
外科手术缝合线，在伤口愈合后能自动分解并被人体吸收，无需再次手
术和拆出缝合线。聚乳酸还用作手术纱布，国外已进入临床应用阶段。
手术用聚乳酸骨钉，病愈后，就降解在人体内。因为降解产生的是二氧
化碳和水，所以不会对人体产生不良后果。这种骨钉炎症发生率低，强
度高、手术后基本不出现感染等情况。将聚乳酸塑料制成人工脏器的骨
架研究也在进行，例如有专家正在聚乳酸塑料肝骨架的整个表面上培养
肝细胞，制造人造肝脏。用这种方法制造的人造肝脏移到体内，作为骨
架部分的聚乳酸塑料在体内不久就会被分解吸收，最后留下了与骨架同
样形状的肝脏。这是有效利用聚乳酸塑料生物降解性质的典范。此外，
聚乳酸还用于药物释控体系和眼科植入材料等。
3．3 生物可降解的食品包装容器及器具
食品包装被认为是PLA 最大的应用市场，PLA软质薄膜可以制备
各种食品包装膜。PLA薄
膜对水蒸气、氧气和二氧化碳的透过性很高，但对香味成分右旋柠檬油
精却具有极高的阻隔性。此外，PLA薄膜对丁酸乙酯的阻隔性也很高。
因此，PLA可以作为咖啡、茶叶、芳香剂等香味逃逸物品的包装材料。
近年来，不可降解的塑料造成的污染已成为人们日益关注的环保问题，
而这些污染的主要来源是来自于一次性使用的包材及器具。由于聚乳酸
具有很多优越性能，因而获得广泛应用，这为有效地解决白色污染问题
提供了可行的办法。
3．4 农用地膜
PLA韧性好，适合加工成高附加值薄膜，用于代替目前易破碎的农
用地膜。此外还用于缓释农药、肥料等，不仅无毒、长效，还可在使用
后自动降解，而且不污染环境。
3．5 纺织制品
PLA在纺织领域的应用研究开发是最近10年左右开始的。聚乳酸
可用纺黏法或熔喷法直接制成非织造布，也可先纺制成短纤维，再经干
法或湿法成网制得非织造布。聚乳酸非织造布用于农业、园艺方面，可
用作种子培植、育秧、防霜及除草用布等；在医疗卫生方面，可用作手
术衣、手术覆盖布、口罩等；在生活用品方面，可用作衣料、擦揩布、
厨房用滤水、滤渣袋或其他包装材料。
PLA的发展趋势旺盛，未来的PLA工业充满了机遇与挑战。加大开
发力度，提高聚乳酸的性能，拓展其应用领域，将是今后聚乳酸工业得
以发展的关键所在。然而，各种对PLA 的改性研究，应考虑使用简单
易行的方法进行，并考虑废弃物回收，从而降低共聚物合成成本，为将
来的实际应用奠定基础。随着人类环保意识不断增强，聚乳酸一定会有
广阔的应用前景。