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创新发展

业内19年专业锤炼、促进环保行业新业态融合

聚乳酸制备工艺

发布日期:2022-03-03  浏览次数:577

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元琛科技)白色污染是伴随人类社会、经济发展过程中面临的一个巨大挑战,21世纪以来,全球兴起可降解风潮,多个国家发布趋严政策推动行业发展。

2007年12月,我国政府发布了《关于限制生产销售使用塑料购物袋的通知》,规定自2008年6月1日起在全国范围内禁止生产、销售、使用厚度小于0.025毫米的塑料购物袋,且实行塑料购物袋有偿使用制度。

2015年4月修订的《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》规定:国家鼓励科研、生产单位研究、生产易回收利用、易处置或者在环境中可降解的薄膜覆盖物和商品包装物;使用农用薄膜的单位和个人,应当采取回收利用等措施,防止或者减少农用薄膜对环境的污染。

2018年4月,党中央、国务院出台《关于支持海南全面深化改革开放的指导意见》,全面禁止在海南生产、销售和使用一次性不可降解塑料袋、塑料餐具,加快推进快递业绿色包装应用。

2020年1月,《关于进一步加强塑料污染治理的意见》(以下简称“禁塑令”)出台,要求有序禁止、限制部分塑料制品的生产、销售和使用,积极推广替代产品,正式从“限塑”转为“禁塑”。

通过环保立法来限制或禁止一次性塑料制品的使用已成为越来越多的国家或地方政府的共识,也将有利于推动乳酸及聚乳酸行业的持续、稳定、健康发展。聚乳酸(polylatic acid),简称PLA, 是由生物发酵生产的乳酸为主要原料聚合而成的热塑性高聚合物,也是聚酯材料的一种,其生产过程无污染,具有良好的生物相容性和生物可降解性,其乳酸来源于玉米、小麦等可再生材料,因而 PLA 是一种理想的绿色可再生环保高分子材料。

元琛科技

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聚乳酸生产是以乳酸为原料,传统的乳酸发酵大多用淀粉质原料,目前美、法、日等国家已开发利用农副产品为原料发酵生产乳酸,进而生产聚乳酸。

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生产工艺方法
⑴直接缩聚法
缩聚法就是把乳酸单体进行直接缩合,也称一步聚合法。在脱水剂的存在下, 乳酸分子中的羟基和羧基受热脱水, 直接缩聚合成低聚物。加入催化剂, 继续升温, 低相对分子质量的聚乳酸聚合成更高相对分子量的聚乳酸。

⑵二步法
使乳酸生成环状二聚体丙交酯,再开环缩聚成聚乳酸。这一技术较为成熟,美国NatureWorks公司生产聚乳酸工艺的工艺即为该工艺。中国的海正与中科院共同研制的聚乳酸生产技术也与此相似,主要过程是原料经微生物发酵制得乳酸后,再经过精制、脱水低聚、高温裂解,最后聚合成聚乳酸。

⑶反应挤出制备高分子量聚乳酸
用间歇式搅拌反应器和双螺杆挤出机组合,进行连续的熔融聚合实验,可获得由乳酸通过连续熔融缩聚制得的分子量达150000的聚乳酸。利用双螺杆挤出机将低摩尔质量的乳酸预聚物在挤出机上进一步缩聚,制备出较高摩尔质量的聚乳酸。在反应温度为150℃、催化剂用量为0.5%、螺杆转速为75 r/min时可通过双螺杆反应挤出缩聚法快速有效地提高聚乳酸的摩尔质量,而且反应挤出产物分散系数减小,均匀性变好。通过DSC曲线的比较发现,通过反应挤出缩聚法制得的聚乳酸的结晶度有所降低,这对改善聚乳酸材料在使用过程中表现出较大的脆性是有益的。

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PLA生产工艺流程
1)取材
将玉米等壳类作物碾碎后,从中提取淀粉,然后将淀粉制成未精化的葡萄糖。很多高技术已克服减去了碾碎的过程,直接从大量的农作物中提取原料。

2)发酵
以类似生产啤酒或酒精的方式来发酵葡萄糖,而葡萄糖发酵后变成类似于食物添加用于人体肌肉组织内中的乳酸。

3)中间型产物
将乳酸单体以特殊的浓缩制程,转变成中间型产物——减水乳酸,即丙交酯。

4)聚合
丙交酯单体经过真空净化后,再以一种不使用溶剂的溶解制程来完成开环的动作,使单体聚合。

5)聚合物修饰
由于聚合物的分子量与结晶度的不同,可使材料特性的变化空间很大,所以因不同应用的产品,将PLA做不同的修饰。

元琛科技)PLA 在人体可被水解为乳酸,最终产物为无毒的二氧化碳和水,因而 PLA 成为美国食品与药物管理局 (FDA) 批准的生物降解医用材料,PLA制品还可应用于 3D 打印、家居日用品等领域。在生物医用领域可用在药物缓释体系、医用缝合线、人工敷料 、组织工程材料等;3D 打印领域主要是指3D高性能耗材,推动了 3D 打印的快速发展;在家居日常用品领域可用作包装湿纸巾、无纺布、太空杯、一次性餐盒等。