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一文读懂聚乳酸PLA

艾邦高分子  · 公众号  · 化学  · 2017-03-21 18:12

正文


什么是聚乳酸?

聚乳酸(polylatic acid),简称PLA,也称为聚丙交酯。是由生物发酵生产的乳酸经人工化学合成而得到的热塑性聚合物,具有良好的生物相容性和生物可降解性。

中文别名:聚丙交酯

英文名称:polylactide, polylactic acid, PLA

英文别名:polytrimethylenecarbonate;1,3-Dioxan-2-one homopolymer

分子式:(C3H6O3)n

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。


基本性能

聚乳酸(H-[OCHCH3CO]n-OH)的热稳定性好,加工温度170~230℃,有好的抗溶剂性,可用多种方式进行加工,如挤压、纺丝、双轴拉伸,注射吹塑。由聚乳酸制成的产品除能生物降解外,生物相容性、光泽度、透明性、手感和耐热性好,可用作包装材料、纤维和非织造物等,主要用于服装(内衣、外衣)、产业(建筑、农业、林业、造纸)和医疗卫生等领域。


1

物化性质

中文别名

聚丙交酯

弯曲模量

100-150MPa

CAS NO.

26100-51-6

拉伸强度

40-60MPa

断裂伸长率

4-10%

弹性模量

3000-4000MPa

 

物理性能:

密度

1.20-1.30 kg/L

熔点

155-185°C

特性粘度IV

0.2-8 dL/g

玻璃化转变温度

60-65°C

传热系数

0.025 λ(w/m*k)

 

力学性能:

拉伸强度

40-60 MPa

断裂伸长率

4%-10%

弹性模量

3000-4000 MPa

弯曲模量

100-150 MPa

Izod冲击强度(无缺口)

150-300 J/m

Izod冲击强度(有缺口)

20-60 J/m

Rockwell硬度

88

 

2

优点

(1)聚乳酸是一种新型的生物降解材料,其具有良好的生物可降解性,使用后能被自然界中微生物完全降解,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。

(2)机械性能及物理性能良好。聚乳酸适用于吹塑、热塑等各种加工方法,加工方便,应用十分广泛。

(3)相容性与可降解性良好。聚乳酸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,低分子聚乳酸作药物缓释包装剂等。

(4)聚乳酸除了有生物可降解塑料的基本的特性外,还具备有自己独特的特性。传统生物可降解塑料的强度、透明度及对气候变化的抵抗能力皆不如一般的塑料。

(5)聚乳酸和石化合成塑料的基本物性类似,也就是说,它可以广泛地用来制造各种应用产品。聚乳酸也拥有良好的光泽性和透明度,和利用聚苯乙烯所制的薄膜相当,是其它生物可降解产品无法提供的。

(6)聚乳酸具有最良好的抗拉强度及延展度,聚乳酸也可以各种普通加工方式生产。

(7)聚乳酸薄膜具有良好的透气性、透氧性及透二氧二碳性,它也具有隔离气味的特性。

(8)当焚化聚乳酸时,其燃烧热值与焚化纸类相同,是焚化传统塑料(如聚乙烯)的一半,而且焚化聚乳酸绝对不会释放出氮化物、硫化物等有毒气体。人体也含有以单体形态存在的乳酸,这就表示了这种分解性产品具有的安全性。


3
缺点


(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。


应用领域

1

包装

主要应用于包装袋、包装用膜、医用薄膜、泡沫塑料、餐具等等。

聚乳酸应用于包装与薄膜(图片来源于科碧恩)

PLA 材料具有光洁的表面和高度的透明度,因此可以在某些应用领域同聚苯乙烯和PET竞争。PLA已经应用于如水果蔬菜、鸡蛋、熟食和烘烤食品的硬包装。

聚乳酸应用于食品包装(图片来源于科碧恩)

目前大部分农用薄膜是由PE制成的,但若用PLA等可降解聚合物代替,既可降低环境问题,又可减少塑料薄膜损耗。

聚乳酸应用于农用膜(图片来源于巴斯夫)


2

纺织

聚乳酸应用于纺织领域(图片来源于科碧恩)


3

医疗

药物控制释放体系、骨科固定、组织吸附材料、手术缝合线、口腔固定材料、眼科材料


4

3D打印

用于3D打印的PLA线材(图片来源于科碧恩)

PLA应用于3D打印(图片来源于科碧恩)


5

其他耐用品(电子领域、汽车配件等)

经过改性后的聚乳酸PLA,可改善PLA的耐冲性、耐热性、刚性和阻燃性等性能。已广泛用于制造电脑部件、手提笔记本外壳、手机零部件、影碟机壳体、光盘及家电零部件、汽车配件等,PLA与其他树脂、无机材料等材料可进行多元共混复合,生产成具有物理性能优异的新的塑料“合金”,这些材料的特性在抗静电、尺寸稳定性、撕裂强度、压缩强度、拉伸强度、抗冲击强度等方面都具有优良的特性,是较为理想的新型环保合成材料。

聚乳酸应用于耐用品(图片来源于科碧恩)

聚乳酸/天然纤维复合材料在汽车配件领域的应用(图片来源于科碧恩)

聚乳酸泡沫材料应用在高端运动器材领域(图片来源于科碧恩)

本文由艾邦高分子整理编辑,部分图片来源于科碧恩,转载请注明来源


关于科碧恩

  • 公司总部位于荷兰阿姆斯特丹

  • 全球乳酸行业领先者—— 食品、化学医药中间体、生物塑料单体

  •  80多年发展历程

1983  医用级PLA投入市场

2008  西班牙5kt 丙交酯工厂投产

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