[背景和概况] [1][2][3]

随着社会经济的不断发展和全球人口的不断增长，地球资源被严重开发，全球变暖和石油资源枯竭等环境和能源问题日益严峻。其中，由石油等资源合成的聚合物产品在生产、消费和废弃过程中对环境的污染日益突出，人们已经意识到保护环境的重要性。因此，近年来，人们越来越重视非石油基可降解材料。在众多可生物降解材料中，聚乳酸作为一种新型环保高分子材料越来越受到重视。

聚乳酸，也称为聚乳酸，是一种由乳酸聚合而成的聚酯。聚乳酸具有优异的生物降解性、相容性和吸收性。聚乳酸是一种无毒、无刺激性的合成高分子材料。它的原料是乳酸，主要来自淀粉(如玉米和大米)的发酵，也可以从纤维素、厨房垃圾或鱼废料中获得。聚乳酸原料来源广泛，制成的产品使用后可直接堆肥或焚烧，最终完全降低CO2和H2O，满足可持续发展的要求。聚乳酸具有良好的透明性、韧性、生物相容性和耐热性，这是其广泛应用的主要原因。此外，聚乳酸是热塑性塑料，可用于许多领域。聚乳酸制得的包装材料、纤维等产品主要用于一次性用品，如一次性餐具和包装材料、汽车车门、脚垫和汽车座椅、服装、电器、医疗保健(骨科内固定材料、免拆线等)。)和其他领域。与传统石化产品相比，聚乳酸的能耗和二氧化碳产量分别仅为石化产品的20%~50%和50%。因此，有必要开发聚乳酸可降解材料，以缓解全球环境和能源问题。

[特征] [1]

1.生物降解能力

与传统塑料相比，聚乳酸可以被微生物和光降解为CO2和H2O。其降解产物无毒无害，不会污染环境。用于生产聚乳酸的单体是乳酸，其可以通过农作物或农副产品如小麦、大米和甜菜的发酵来生产。因此，生产聚乳酸的原料是可再生的。聚乳酸作为一种新型的可生物降解材料，得到了广泛的应用。

2.生物相容性和吸收性

聚乳酸可以被酸或酶水解，在人体内产生乳酸。乳酸作为细胞的代谢产物，可以被体内的酶进一步代谢，产生CO2和H2O。因此，聚乳酸对人体无毒无害，具有良好的生物相容性和生物吸收性。聚乳酸已通过美国食品和药物管理局的认证，可作为生物材料植入人体。

3.物理加工性能

作为热塑性聚合物材料，聚乳酸具有良好的塑性和物理加工性、高熔点和结晶度、良好的弹性和柔韧性以及优异的热成型性。像聚丙烯、聚苯乙烯和聚苯醚树脂一样，聚乳酸可以被挤出、拉伸和注射吹塑。

[综合] [2][3]

目前，聚乳酸的合成方法主要包括直接聚合和丙交酯开环聚合。直接聚合是指在脱水剂存在下，通过乳酸分子的活性去除羧基和羟基，使乳酸分子缩聚形成低分子聚合物，然后在催化剂的作用下或在高温下脱水直接缩合，最终得到聚乳酸。开环聚合也称为开环聚合(ROP)，即通过乳酸单体的脱水和环化来合成丙交酯，并且在丙交酯的重复纯化之后，通过重结晶丙交酯的开环聚合来获得聚乳酸。

1.直接聚合：直接聚合主要包括熔融聚合、溶液聚合和熔融-固体聚合。聚乳酸的直接聚合合成见图。

1)熔融聚合：通过乳酸分子在催化剂作用下的缩聚直接合成聚乳酸的方法称为熔融聚合。该方法成本低，收率高，不需要分离物质就能得到相对纯的产品，但所得产品的相对分子量不高。

2)溶液聚合：向反应体系中加入有机溶剂，该有机溶剂可以溶解聚合物但不参与反应，并且可以与反应体系中的水形成共沸物。通过共沸回流，可以将水连续地从反应体系中取出，以保证反应正向进行，因此合成聚乳酸的方法称为溶液聚合。溶液聚合需要消耗大量的溶剂，并且容易污染环境。

3)熔融固相聚合：首先将乳酸进行熔融缩聚，得到低分子量的预聚物，然后将预聚物在高于其玻璃化转变温度且低于其熔点温度的温度下进一步聚合，得到相对高分子量的聚乳酸。进一步聚合的机理是无定形区域的低分子与大分子的端基反应形成高分子聚合物，这显著提高了合成的聚乳酸的分子量和结晶度。用该方法制备的聚乳酸相对分子质量较高，但反应时间较长。

2.丙交酯的开环聚合

丙交酯的开环聚合根据引发剂和反应机理的不同可分为阴离子开环聚合、阳离子开环聚合和配位开环聚合。丙交酯开环聚合合成聚乳酸如图所示：

1)阴离子开环聚合：阴离子开环聚合的机理是丙交酯中的羰基碳

在亲核催化剂阴离子的攻击下，酰氧基键断裂形成活性中心内酯阴离子，插入主链引发链增长，最终制备聚乳酸。阴离子聚合的引发剂大多是强碱，如醇钠、醇钾、丁基锂和氢化钾铝。该反应具有活性高、速度快的优点，但易发生外消旋反应，难以制备高分子量聚乳酸。

2)阳离子开环聚合：阳离子开环聚合的机理是催化剂阳离子首先与单体中的氧原子相互作用形成鎓离子。然后烷氧基键断裂，通过单分子开环反应生成酰基正离子，然后引发链增长，最终制备聚乳酸。阳离子聚合引发剂有很多种，主要是路易斯金属盐或其水合物，如三氯化铝、溴化锌、氯化锡等。质子酸和烷化剂，如对苯磺酸、氯化氢、溴化氢等。

3)配位开环聚合：目前，配位开环聚合是国内外应用和研究最广泛的聚乳酸合成方法。通过配位开环聚合合成的聚乳酸具有较高的分子量和强度。其机理是丙交酯上的羰基氧与引发剂中的金属配位，单体的酰基氧键进入配位键进行链增长。配位开环聚合的催化剂主要包括金属烷基化合物，如SnPh4、CdEt2等。锡盐化合物，如辛酸亚锡、异辛酸亚锡等。稀土化合物，如稀土烷氧基络合物和稀土胺。

[应用]

1.生物医学领域

在生物医学领域，聚乳酸材料可用作药物转运材料和组织工程支架材料

和骨修复材料。医学领域是聚乳酸及其复合材料的早期应用领域。目前，在骨外科、胸外科、颌面外科、肿瘤靶向治疗等领域已经开展了广泛的基础研究和临床应用。

2.工业和农业

聚乳酸具有良好的可塑性、耐热性和物理加工性能，可加工成农用地膜，弥补传统地膜易碎、不可降解的缺陷，也可加工成汽车工业中的辅助工程材料、建筑绳索、农药化肥缓释材料等。对普通聚乙烯(PE)地膜、18m和15m聚乳酸地膜的降解性以及不同地膜下棉花生长的对比研究表明，聚乳酸地膜在20天左右开始降解，棉花收获期降解面积达到80%左右，降解后的地膜表现出良好的保温性能。普通聚乙烯膜和聚乳酸膜在西瓜种植中的效果对比研究表明，聚乳酸膜可降解，不会造成环境污染，覆盖聚乳酸膜可以促进西瓜的生长发育。

3.食品包装材料

与聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯等材料相比，聚乳酸具有良好的生物降解性、优异的抗菌防霉性能。冷却肉采用PLLA-聚乙烯醇-聚己内酯复合膜和添加乳酸链球菌素的包装材料真空包装。包装肉的货架期比用聚乙烯保鲜膜包装的冷却肉长得多，而且肉保持了较好的色泽和品质。在不同气体条件下，无包装、聚乳酸气调包装、聚乙烯气调包装、聚乳酸真空包装和聚乙烯真空包装对杨桃的保鲜效果表明，聚乳酸薄膜包装袋能很好地保持杨桃的外观品质和营养成分，延长杨桃的货架期。

[参考文献]

赵，苏思玲，等.聚乳酸耐热改性的研究进展[J].中国塑料，2007，21(4): 7-12。

李，徐志哲，等.聚乳酸的合成及应用[J].河北化工，2005，28(5): 7-10。

程磊，金鉴。聚乳酸及其聚合物在医学领域的应用现状。资助项目：成都市卫生计生委项目(编号：120577)