聚乳酸 (PLA) 基聚合物因其一系列引人注目的特性而廣泛用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域：生物相容性（降解產(chǎn)物不會(huì)引起嚴(yán)重反應(yīng)，且易于被人體代謝）、原位水解降解、可定制特性和成熟的加工技術(shù)。這推動(dòng)了多種應(yīng)用的發(fā)展，例如骨固定螺釘、生物可吸收縫合線和支架涂層等。PLA 基材料也與納米醫(yī)學(xué)息息相關(guān)，用于合成納米載體以靶向遞送疏水性藥物已成為一種新的有前途的應(yīng)用。
隨著全球?qū)Νh(huán)保的日益重視，以及禁塑令和限塑令的逐漸升級，以聚乳酸（polylactic acid，PLA）為代表的生物基塑料正逐步成為傳統(tǒng)石油基塑料的有力替代。這種材料不僅在產(chǎn)業(yè)界受到廣泛關(guān)注，更因其獨(dú)特的全生物鏈可降解特性而備受推崇。
聚乳酸，作為一種生物基可降解塑料中的佼佼者，其原料源自可再生生物資源，且能在自然環(huán)境中完全分解為二氧化碳和水。這種優(yōu)異的生物降解性和良好的力學(xué)性能，使得聚乳酸在市場上展現(xiàn)出巨大的增長潛力。
PLA基本性質(zhì)：
PLA是通過有機(jī)酸乳酸聚合而成的新型聚酯材料，其分子結(jié)構(gòu)通過酯鍵相連。自然界中廣泛存在的乳酸（2-羥基丙酸，lactic acid）是其重要原料，這種酸具有兩種立體異構(gòu)體。根據(jù)丙交酯（lactide）中間體的旋光性，PLA可分為左旋聚乳酸（poly L-lactide，PLLA）、右旋聚乳酸（poly D-lactide，PDLA）以及消旋聚乳酸（poly D,L-lactide，PDLLA）三種類型。
在當(dāng)前的工業(yè)應(yīng)用中，PDLLA和PLLA是兩種最常用的PLA類型，它們分別由乳酸的消旋體和左旋體制備而成。PLLA作為一種半結(jié)晶性聚合物，其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度約為60°C，熔點(diǎn)則約為175°C，呈現(xiàn)出不透明的特性，同時(shí)，具有良好的機(jī)械強(qiáng)度。
相比之下，PDLLA是無定形聚合物，其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度約為55°C，且沒有熔點(diǎn)，因此呈現(xiàn)出透明性。此外，PDLA是一種結(jié)晶性聚合物，其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和熔點(diǎn)分別約為60°C和140°C，主要用于學(xué)術(shù)研究領(lǐng)域。
上述三種不同構(gòu)型的PLA在性質(zhì)上各有差異，通過調(diào)整乳酸單體的立體異構(gòu)體類型和比例，可以進(jìn)一步優(yōu)化聚合物的機(jī)械性能和降解速度，從而更好地適應(yīng)各種應(yīng)用需求。
PLA的制備方法：
聚乳酸的生產(chǎn)以乳酸為基石，其傳統(tǒng)制備路徑主要依賴淀粉質(zhì)原料。然而，如今美、法、日等國已成功探索出以農(nóng)副產(chǎn)品為原料，通過發(fā)酵生產(chǎn)乳酸，進(jìn)而合成聚乳酸的新途徑。
以下是三種主要的PLA制備方法：
直接縮聚法：
直接縮聚法，亦稱一步聚合法，涉及乳酸單體的直接縮合。在脫水劑的作用下，乳酸分子中的羥基與羧基受熱脫水，進(jìn)而直接縮聚形成低聚物。通過加入催化劑并持續(xù)升溫，這些低相對分子質(zhì)量的聚乳酸可以進(jìn)一步聚合成更高相對分子量的聚乳酸。
二步法：
二步法首先將乳酸轉(zhuǎn)化為環(huán)狀二聚體丙交酯，隨后再開環(huán)縮聚成聚乳酸。此技術(shù)已相對成熟，主要包括原料微生物發(fā)酵制得乳酸、精制脫水低聚、高溫裂解以及最終聚合成聚乳酸的步驟。
反應(yīng)擠出制備高分子量聚乳酸
此方法結(jié)合了間歇式攪拌反應(yīng)器和雙螺桿擠出機(jī)，進(jìn)行連續(xù)熔融聚合實(shí)驗(yàn)。通過這種方式，可以利用乳酸進(jìn)行連續(xù)熔融縮聚，制得分子量高達(dá)150000的聚乳酸。利用雙螺桿擠出機(jī)，可以將低摩爾質(zhì)量的乳酸預(yù)聚物進(jìn)一步縮聚，從而制備出較高摩爾質(zhì)量的聚乳酸。
在特定的反應(yīng)條件下，如150℃的反應(yīng)溫度、5%的催化劑用量以及75 r/min的螺桿轉(zhuǎn)速，可以通過雙螺桿反應(yīng)擠出縮聚法迅速且有效地提升聚乳酸的摩爾質(zhì)量。此外，該方法還能改善產(chǎn)物的分散系數(shù)，提高其均勻性。通過DSC曲線的對比分析發(fā)現(xiàn)，采用此法制備的聚乳酸結(jié)晶度有所降低，這有助于改善聚乳酸材料在使用過程中表現(xiàn)出的脆性。
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