玉米和聚乳酸有着哪些千丝万缕的关系?
玉米是我国的主要粮食作物之一 , 在人们的印象中 , 玉米主要用来食用、做饲料和榨油 。然而 , 玉米还有一个重要用途却鲜为人知 , 那就是用来制造一种生物降解塑料——聚乳酸 , 由食物“变身”为工业用品 。玉米与聚乳酸的关系聚乳酸(Polylatic acid),简称PLA , 也称为聚丙交酯 。是以玉米、小麦、木薯等富含淀粉的农作物为原料 , 经过现代生物技术合成乳酸 , 再经过特殊的聚合反应过程生成的高分子材料 , 属于热塑性直链脂肪族聚酯 。通常所讲的玉米塑料就是由玉米制得的聚乳酸 , 玉米纤维就是玉米制得的聚乳酸纤维 。
聚乳酸的发展历史
- 乳酸又称2-羟基丙酸 , 于1780年由瑞典科学家Scheele在酸奶中首次发现 。
- 1845年 , Pelouze 使乳酸在高温下反应 , 首次得到乳酸的线性二聚体——乳酰乳酸 。1932年,杜邦公司Carothers等首次发现在高温和真空条件下聚乳酸可以很快地聚合 , 得到高聚合度的聚乳酸 。
- 到20世纪60年代 , 科研人员开始研究聚乳酸在生物医学方面的应用 , 如手术缝合线、外科移植材料等 。1986年Battelle公司和杜邦公司分别研究聚乳酸在日用塑料制品的应用技术 。
- 1989年日本钟纺和岛津联合开发了聚乳酸纤维 。1991年美国卡吉尔(Cargill)公司以玉米为原料然后在真空条件下采用溶剂脱水技发酵生产乳酸 , 然后生产高分子量的聚乳酸 。
- 1997年 , 美国陶氏化学与Cargill合作成立的CargillDowPolymers(简称CDP公司 , 后更名为NatureWorks公司) , 开始商品化生产聚乳酸 。
- 于2001年建设了世界最大的聚乳酸生产工厂 , 原料主要是玉米淀粉 。如今 , 世界许多国家均大力支持聚乳酸的研究和开发 , 力争抢占生物产业和市场的先机 。
- 聚乳酸还具有良好的生物相容性和生物可降解性 。聚乳酸具有生物活性 , 降解产物可被生物体吸收 , 是理想的生物医用材料 。聚乳酸埋在土壤中在大自然微生物的作用下6-12个月就可以发生降解 , 变成乳酸最终成为二氧化碳和水 , 可谓真正的环境友好材料 。
- 聚乳酸也具有优异的抗菌性能 , 是唯一具有优良抑菌及抗霉特性的生物降解塑料 。焚烧时不会释放出氮化物、硫化物等有毒气体 , 安全性强 。
- 聚乳酸塑料还有良好的机械性能 , 透明性 , 透气透氧性 , 可直接采用通用塑料设备进行挤出、注射、拉伸、纺丝、吹塑等加工成型 , 如制成的纤维物理性能接近锦纶和涤纶 , 透气性和手感却好于涤纶 。
- 聚乳酸的生产能耗只相当于传统石化产品的20%~50% , 产生的二氧化碳气体则只为50% 。
- 一是乳酸直接缩聚法 。在脱水剂的作用下 , 乳酸分子之间的羟基和羧基自发进行缩合脱水反应 , 直接生成聚乳酸 。此方法生产成本低廉 , 生产流程简单 , 生产成本较低 。但反应中副产物难以除去抑制了反应的进行 , 难以得到高分子量的聚合物 。
- 二是丙交酯开环聚合法 , 也称二步法 。使乳酸分子先聚合成丙交酯 , 再进一步缩聚成聚乳酸 , 是目前工业上大规模生产高分子量聚乳酸最普遍的方法 。此方法需进行丙交酯的纯化 , 工艺流程相对复杂、成本较高、路线较长 , 可得到分子量达106~107级的聚乳酸 。
【玉米和聚乳酸有着哪些千丝万缕的关系?】
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