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生物（wù）质降解材（cái）料聚乳酸（Poly(lactic acid)，PLA）

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生物质降解材料（liào）聚乳（rǔ）酸（suān）（Poly(lactic acid)，PLA）

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浏览：- 发布日期：2024-01-11 09:30:26【大中小】

塑料给我们的生活带来了诸多便利，我们的衣食住行中都用到许多塑料制品。但是对于塑料，许多人都有一个共同的印象——不环保。这是由于常用（yòng）的（de）石油基塑料在（zài）自然环（huán）境中难以降解，其污染治理也是一个世界性难题。

近年来，“白色污染”、“微塑（sù）料”、“垃圾大陆”等问题受到广泛关注（zhù），我（wǒ）们越来越重视不可降解塑料给自然（rán）带来的负担，人类社（shè）会对于（yú）不可降解塑料的限制已成为主（zhǔ）流趋（qū）势。然而塑料制品在我们日常生（shēng）活（huó）中却又无处不在。于是，可降（jiàng）解塑料逐渐成为新趋势。

为此，科学家们提出“源于自然，归于自然”的新理念，开发出将（jiāng）玉米等生物质转化为生物可降解的聚乳酸（Poly(lactic acid)，PLA）塑料的合成（chéng）路线，通过化（huà）学的魔法为塑料污染治理提供了可行的解（jiě）决方案。这种由植物淀（diàn）粉转化而成的塑料,制备工艺上摈弃了不环保的石油化工原料，具（jù）有优异的生物降解性，是一种环境友好塑料。

PLA的普及能有效减少使用不可降解塑料，对塑料污染的治（zhì）理具有重大意义。那么，PLA是（shì）如（rú）何由玉米等生物（wù）质一步步转化而来，又是如何在日常生活、生（shēng）物医药研发、农业生产、纺织、工程制造等方面取代繁荣百年的传统石油基塑料？让我们来一探究竟！

农作（zuò）物变塑料的“魔法”

PLA是一（yī）种由乳酸（suān）（Lactic acid，LA）经过低聚、环化、聚合等过程而成的脂肪族聚酯（zhǐ）。PLA的转（zhuǎn）化过程是这样的——化学家可以高效地将从玉米等农作物中提取出的淀粉通过水解（jiě）、微生（shēng）物发酵的（de）步骤制成LA，进一步通过（guò）缩合聚合或开环聚合（hé）的手段将其转化为PLA，实现农作物变塑料的“魔法”。

由于LA单体中既（jì）含有（yǒu）羟基（−OH），又含有（yǒu）羧基（−COOH），分别可以（yǐ）与另（lìng）一LA单（dān）体的羧基和羟基发生缩合反应。就这（zhè）样，LA单体们（men）往复交替发生反（fǎn）应，得到高分子量的（de）PLA材料。

这么看来，这么环保的材料，为什么一开始没有得到广泛应用呢？其实这个过程并没有说的这么简单，在制备过程（chéng）中存（cún）在诸（zhū）多化学、工程问题和瓶颈。例如，缩合反应过程中生成的（de）水分子（H2O）无法（fǎ）被及时排出，将大大抑制反应（yīng）进程；此外，较（jiào）为苛刻的反应（yīng）条件也降低了该方案应用于工业生产的潜力。

不过现（xiàn）在，制备PLA的方案得到了改良（liáng），让整个（gè）过程（chéng）更加可（kě）控了。现有的（de）工（gōng）业化生产PLA的主流路线丙交酯开环聚合法就能够实（shí）现PLA分（fèn）子的可控合成。

不过，为了获得满足日常需求的PLA塑料，光靠特定的分子量是远远不（bú）够的，加工工艺和改性方（fāng）法的进步（bù）也很重（chóng）要，接下来，我们将介绍PLA的特性，以及（jí）如何将PLA转变为各种生活中常见的物品。

PLA的性质与改性

说到（dào）PLA的性（xìng）质，有一点需要（yào）指出：LA中含有一（yī）个手（shǒu）性碳原子，可以分为左旋乳酸（L-LA）和右旋乳酸（D-LA），前（qián）者与人体（tǐ）代谢的LA结构相同，但大量摄入D-LA会有毒副作用。

因此，商用的PLA一般为L-LA合成的左旋PLA（PLLA）。此外，还存在由D-LA合成的右旋PLA（PDLA），以（yǐ）及（jí）由L-LA和D-LA共聚合成的聚（D, L-LA）（PDLLA）。

从PLA的化学结构可以推断，PLA主链中的（de）大量酯键是其具有良好（hǎo）降解性能的（de）关键。在堆（duī）肥（高温、高湿度和微生物作用）条件下，PLA只需几（jǐ）个（gè）月（yuè）的时间（jiān）就能充分降解为H2O和二氧（yǎng）化碳（CO2），经植物光（guāng）合作用实现循环再生。

此外，PLA还能在人体内降解（jiě），其水解产物LA可以被人体吸收利用，这一优（yōu）异的生物相容性使其在生（shēng）物医（yī）药（yào）领域展现出了（le）极高的应用价值。

除了优（yōu）异的生态友好性、生物可降解性和生（shēng）物相容性外，PLA还具有与传统石（shí）油基塑料相媲美的物理性质。

PLA因其优良的热成型性，能够通过挤出成（chéng）型、吸塑成型、淋膜、吹塑成型（xíng）、注射成型、纤维纺丝、发泡等方（fāng）式加工成各种各样的塑料制品，具有（yǒu）广泛的适用性（xìng）。

然而，PLA在应用中也暴露出一些不足，如易发生脆断、降解周期不可控、生物（wù）相容性不足等等。

针对PLA的这些问题，科（kē）学家也在积极寻找解决方案。例如，通过共混、共聚、纳米（mǐ）复合、立（lì）构复合（hé）等手段进一步改善了PLA的韧性、降解周期可（kě）调（diào）控性、亲水（shuǐ）性、抗菌性等性（xìng）能，大大拓宽了PLA的应用范围。

PLA的应（yīng）用与发展

PLA其实并不陌生，在你生活中的各个方面都可能（néng）会遇到。

从吃（chī）的角度（dù）来说，在近几年外卖、快递和餐饮行业快速发展的（de）背景与国家出台的“禁塑令”等政策的共同（tóng）推动下，PLA产品的商业（yè）化（huà）大（dà）步向前发展。像我们日常喝奶茶，除了纸吸管，现在比较常用的也是PLA吸管（guǎn）。

从（cóng）穿的角度，通过PLA与抑菌剂共混制造的PLA服饰受到（dào）消费者青睐。

从日常使（shǐ）用的角度，经过增塑增韧改性的PLA应用于日用品外壳和儿童（tóng）玩（wán）具，能够有效（xiào）防止儿童摄（shè）入有害塑料微粒。

从医学使用上来看，通过改（gǎi）善PLA亲水性和生物相（xiàng）容性，并加强PLA降解时（shí）间的控制，使PLA血管支架、可吸收（shōu）材料、外（wài）科手术缝合线等生物医用高分子也逐步投入使用。

此外，PLA地膜、沙障等材料具有广（guǎng）阔市（shì）场，对（duì）环境治理具有重要意义，具有十分庞大的（de）应用市场。

现如今，国内PLA产能约25万吨/年（nián），但近几年PLA需（xū）求量呈上升趋势。目前，各企（qǐ）业在建或计划建设PLA生产线总产能已超过150万吨/年，预（yù）计在未来3−5年，PLA将得到（dào）更广泛的（de）普及。

尽管国内PLA产业发展迅速（sù），但仍面临（lín）两大挑战。一是产业关键技术亟（jí）需提高，二是PLA生产成本还需进一步降低（dī）。目前PLA生产成本比常用石油（yóu）基塑料高3倍甚至更多，导致其难以（yǐ）实现对传统塑（sù）料的替代。除了在（zài）生产技术上降低成本，还需加（jiā）强PLA产业布局，加快PLA生产线建设，使其成本降到（dào）与传统塑料相当的“白菜价”。

结语

当前，PLA因其（qí）优异的生物降解性、生物相容（róng）性和广泛的适用性等优势已在日（rì）常生活、生物医药研发（fā）、农业生产、纺织、工程（chéng）制造等方面取得一席（xí）之地，但与发展（zhǎn）百年的石油基（jī）塑料相（xiàng）比（bǐ），PLA较高的生产成本与复杂的生（shēng）产工艺仍是阻碍其广（guǎng）泛普及的主要原因。

如（rú）今，在（zài）“双碳”战略实施和禁塑令的推动下，PLA迎来了市场发展（zhǎn）新机遇，这种由谷物生产（chǎn）的塑料实现了“源于自然，归于自然”环保理念，为解决塑料污染问题指明方向。也许有一天，我们能够将环保可降解的塑料全面普及，既能享受塑料（liào）产品带来的便捷，也能实现与自然的（de）和谐共处。

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资料来源：科普中国

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