聚（jù）乳酸(PLA)是（shì）一種生物基與生物可降解高分子材料，由澱粉（fěn）發酵生成（chéng）乳酸，然後通（tōng）過聚合得（dé）到聚乳酸，使用後能完全降解為CO₂和（hé）H₂O。PLA具有無毒、降解產物可參與人體新陳代謝等優（yōu）點，在醫用領域得到廣泛使用。PLA的另一個優點是生產過程（chéng）能耗低、碳排放低。可見，PLA的生產和使用既可以緩解嚴重的百色汙染（rǎn），又可以節省石油資源。

PLA是一種新型高分子材料，其化學結構式如圖2-1所示

圖2-1

PLA的生產的工藝流（liú）程是（shì）:從植物中提取澱粉，澱粉經酶分解得葡萄糖，乳酸菌發酵（jiào）產生乳酸，化（huà）學合成得（dé）到PLA。PLA類廢品（pǐn）的回收綠色環保，經（jīng）微生物、水、酸或堿的作用，可徹底分解成CO₂和H₂O，不會對環境造成汙染。

PLA的結構單元是（shì）乳酸，乳酸單體於（yú）1780年（nián）首次被（bèi）發現存在於牛奶（nǎi）中，又稱為a-羥基酸或 2-羥（qiǎng）基丙酸，是（shì）一種具有手性碳的有（yǒu）機酸，通常（cháng）表現為無色具有吸濕性的液體，根據光學活性可分為左旋乳酸(L-乳酸)和右旋乳酸(D-乳酸)，其結構式如圖2-2所示，L-乳（rǔ）酸、D-乳酸可形成消旋乳酸(DL乳酸)。其中D-乳酸（suān）存在於人體肌肉組織內，L-乳酸是哺乳動物的代謝產物。

圖2-2

聚乳酸的合成及方法（fǎ）

由於在自然界中並不存在（zài）天然的PLA，因此隻能通過（guò）人工合成來獲（huò）得PLA。目（mù）前常用的合成PLA的方法主要有乳酸直接縮聚法、丙交酯開環聚合（hé）法、反應擠出聚合法、直接固相聚（jù）合法、溶液聚合法等。下麵對乳酸直接縮（suō）聚法和丙交酯開環聚合法展開介紹。

直接縮聚（jù）法

乳酸的脫（tuō）水縮合是最（zuì）早（zǎo）用於製備PLA的簡單且行之（zhī）有效的方法。乳酸分子中同時含有羧基與羥基，羧基與羥基都具（jù）有（yǒu）很高的反應活性，通過加熱，乳酸分子（zǐ）之間發生（shēng）脫水縮合（hé）反應，可直接製備得到PLA。直接縮聚法具有原料來源廣、價格低廉（lián）、操作簡單、試劑用量少等特（tè）點，但所（suǒ）製得的聚合物相（xiàng）對分子質量偏低，不足以滿足（zú）成膜或紡絲的市（shì）場需求，應用價值不大，必須進一步提高聚合物的相對分子質量，才能開拓更加廣闊的市（shì）場，使（shǐ）其具有更加廣泛的用途。基於上述合成（chéng）PLA的缺點，人們提出兩種方法對其進行改進；①熔融-固相縮聚（jù）法，以高純度乳酸單體作為反應原料，通過熔融聚合法製備出低相（xiàng）對（duì）分子質量的PLA，然後運用固相聚合方（fāng）法，使相對分子質（zhì）量較低的PLA的端基進一步發生反應使其擴鏈，從而（ér）大大提高了（le）最終產物的相對分（fèn）子質量;②擴鏈法，以乳酸單體為原料、先直接（jiē）縮合合成相對分子質量較低的PLA，再在氨氣保護（hù）下加熱（rè）至（zhì）熔融(溫度在200℃左右)並加入異氰酸酯擴鏈（liàn），相對分子質量可提高3~4倍。

丙交酯開環聚合法

使用乳酸直接脫水縮合製備PLA的方法（fǎ）時，由於在反應過程中，反應體係的黏度（dù）會逐漸增大，使反應產生的水很難分離，阻礙了反應向正方向進行，而（ér）導致反應得到的PLA相對分子質（zhì）量偏（piān）低，不足以滿足市場需（xū）求。因此需采用更加可行的（de）方法來提高PLA的相對分子質量，丙交酯開環（huán）聚合法可製得高相對分子（zǐ）質量（liàng）的PLA。丙交酯開環聚合製備PLA的方法分為兩步:①乳酸在催化劑的作用（yòng）下，脫（tuō）水（shuǐ）縮聚（jù）成（chéng）二聚體--丙交酯;②丙交酯直接（jiē）本體熔融聚合得到（dào）PLA。該方法在第一步中（zhōng）將體（tǐ）係中的水全部除去，第二步反應為本體反應，不產生任何阻（zǔ）礙反應進行的雜質，因此可得到高相對分子質量的PLA。丙交酯的光（guāng）學異（yì）構結構如圖2-3所示。在一定條件下，無論是（shì）乳酸縮合還是丙交酯開環都可得（dé）到全規、間規、雜規及無規的 PLA。丙交酯開環聚合的機理可分為:陰離子型開環聚合、陽離子型開環聚合和配位型（xíng）開（kāi）環聚合（hé）。

圖2-3

綜上所述，雖然PLA的（de）合成方法多種多樣，但要想得到相對分子質量大於10萬的高（gāo）相對分子質（zhì）量 PLA，丙交酯開環聚合是最行之有效且應用最為廣泛的（de）合成方法。