聚乳酸(英語:Polylactic Acid或Polylactide,縮寫:PLA),是一種熱塑性脂肪族聚酯。生產(chǎn)聚乳酸所需的乳酸和丙交酯可以通過可再生資源發(fā)酵、脫水、純化后得到,所得的聚乳酸一般具有良好的機械和加工性能,而聚乳酸產(chǎn)品廢棄后又可以通過各種方式快速降解,因此聚乳酸被認為是一種具備良好的使用性能的綠色塑料。
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主要應(yīng)用: 聚乳酸已經(jīng)廣泛應(yīng)用在生物醫(yī)學(xué)工程上,用作手術(shù)縫合線、骨釘和骨板等[10]。使用聚乳酸做的手術(shù)線無需拆線,可以緩慢水解為乳酸被身體代謝掉。一般的降解時間需要半年到兩年[2]:363。骨板的理想要求是能夠逐漸降解,使骨頭能夠一步步承受起逐漸增加的應(yīng)力,而聚乳酸的逐漸降解的性質(zhì)非常適合制作骨板。不足之處是純?nèi)樗峤到鈺r的機械強度性質(zhì)下降太快,所以一般需要加入纖維形成有較高強度的復(fù)合材料[3]:185。
聚乳酸的應(yīng)用現(xiàn)在已經(jīng)超出醫(yī)學(xué)的范圍,廣泛應(yīng)用于一些常見的物品,如:包裝袋、農(nóng)作物用薄膜、紡織纖維和杯子。聚乳酸所制的包裝材料起初造價較高,但如今已經(jīng)成為常見的包裝材料之一。通過擠出、注塑和拉伸等加工處理,聚乳酸可以制成纖維和薄膜。聚乳酸薄膜的透水透氣性都比聚乙烯薄膜要低。由于水和氣體分子是通過聚合物的無定形區(qū)擴散的,所以可以通過調(diào)節(jié)聚乳酸的結(jié)晶度來調(diào)節(jié)聚乳酸薄膜的透水透氣性[3]:180。
聚L-乳酸的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度較低,可以用于形狀記憶聚合物的研究上[11]其低玻璃化轉(zhuǎn)變溫度也被用于RepRap和Makerbot等三維打印機的研究,作為產(chǎn)品的進料材料[12]也是塑造臉部輪廓的產(chǎn)品的主要組成部分[13]。加入D-乳酸之后所生產(chǎn)的抗熱聚乳酸可以用于微波爐加熱用器皿、盛放熱液體的容器甚至工程材料。
聚乳酸的熔點、耐熱性、機械性能、加工性能都與其結(jié)晶度有關(guān),而影響其結(jié)晶度的主要因素是原料中L-乳酸和D-乳酸的配比。如果原料是純的L-乳酸或者純D-乳酸,則所得的聚L-乳酸(簡稱PLLA)和聚D-乳酸(簡稱PDLA)都是半結(jié)晶聚合物。聚L-乳酸的結(jié)晶度大概是37%,其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度大約是65°C,熔點是180°C,拉伸模量大約為3-4GPa,彎曲模量大約為4-5GPa[7]。即使只加入少量右旋聚乳酸,結(jié)晶度也可以提高較多。比如聚L-乳酸按照一定比例和聚D-乳酸共混后,聚L-乳酸的熔點多可以提高50°C,熱彎曲溫度提高了大約60°C升高到了190°C。所得的抗熱性聚乳酸可以在110°C 的環(huán)境下使用[8]聚乳酸和聚乙烯、PETE的機械性質(zhì)相似,但可連續(xù)使用的溫度要低得多,結(jié)晶度提高后可以提高可連續(xù)使用的溫度,但生物降解速率也隨之變低了。
相對于其他生物可降解材料,聚乳酸具有部分疏水性。聚乳酸和聚乳酸的共聚物的溶劑是氯仿。除此之外,聚乳酸可溶于氯化溶劑、熱、和1,4-二惡烷[9]但不溶于水、和大多數(shù)脂肪烴溶劑 聚乳酸的塑膠分類標志是7。廢棄的聚乳酸產(chǎn)品有多種廢棄物處理方式,如自然分解、堆肥、焚化處理。由于聚乳酸的分解溫度較低(約為230-260°C,與結(jié)晶度有關(guān)),乳酸焚化產(chǎn)生的熱量較傳統(tǒng)塑膠低,產(chǎn)生的氣體主要為一氧化碳、二氧化碳、乙醛等[7]。聚乳酸主要降解形式是水解,可以和熱降解同時進行,水解速率同樣和結(jié)晶度有很大關(guān)系。聚乳酸水解生成的羧酸會催化其進一步的水解,即自催化效應(yīng)。通過和別的聚合物共混或共聚可以提高聚乳酸的使用性能,但同時也降低了其優(yōu)良的降解性。 聚乳酸不容易被微生物攻擊而降解,也不像其他的聚酯一樣容易在酶的作用下降解,但仍有一些酶比如鏈酶蛋白酶和菠蘿蛋白酶可以促進其降解[7]。伽馬射線和電子束也會使聚乳酸鏈上產(chǎn)生自由基,從而造成輻射降解。輻射降解的效率和聚乳酸的殘余端基有關(guān),對于帶芳香環(huán)的聚乳酸共聚物,輻射降解的效率也會提高
純PLA 料筒溫度:為160~170度 。噴嘴溫度:165度,模具溫度:40度,注塑壓力:50-130Mpa |
性能項目 | 試驗條件[狀態(tài)] | 測試方法 | 測試數(shù)據(jù) | 數(shù)據(jù)單位 | |
物理性能 |
密度
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ASTM D1505 | 1.24 |
g/cm3;
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始封溫度
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80.0 | ℃ | |||
熱性能 | 玻璃轉(zhuǎn)化溫度 | DSC | DSC | 55.0 | ℃ |
光學(xué)性能 | 光澤度 | 20℃ | ASTM D2457 | 90 | |
霧度
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ASTM D1003 | 2.0 | % |