PLA材料介绍及可持续性分析

PLA是一种可持续新兴高分子材料。全称Polylactic Acid，中文名为聚乳酸。聚乳酸（PLA）使用植物基原料，例如，玉米、木薯等所提出的淀粉原料来制作，这是聚乳酸（PLA）与石油基塑料在生产端不同的地方。聚乳酸（PLA）是可降解的，近年来在包装等领域使用渐广。

事实上，大部分消费者不知道如何处理聚乳酸（PLA），而且，聚乳酸（PLA）制作的产品看起来和普通塑料产品类似——有的还没有可降解标志。即使消费者受到教育后，明白了聚乳酸（PLA）需要如何降解，他们也无法找到聚乳酸（PLA）垃圾的分类渠道。

降解PLA需要在特定的工业堆肥场所，并且需要特定的时间，例如三个月到六个月。降解PLA的效率并不高，如果只是将PLA和传统塑料垃圾一起丢弃，那么它一样不会降解。生产PLA所需的农作物，则需要大量的水、农药、土地等。要让它真正可持续任重道远，需要整个可持续链条过程和人都配合。

特性：

聚乳酸的熔点、耐热性、机械性能、加工性能都与其结晶度有关，而影响其结晶度的最主要因素是原料中L-乳酸和D-乳酸的配比，PLA 的物理性质和生物降解性可以通过使用羟基酸共聚单体成分或外消旋化来调节。

乳酸是自然界中最小的手性分子，以两种立体异构体形式存在于自然界中，即为左旋型L-乳酸和右旋型D-乳酸。将这两种乳酸等比例混合即为消旋的DL-乳酸。

分子结构的手性：

在化学中，如果分子或离子不能通过旋转、平移和某些构象变化的任意组合与其镜像叠加，则该分子或离子被称为具有手性的。这种几何性质称为手性。这些源自古希腊语χείρ ( cheir )“手”，这是具有这种性质的物体的典型例子。

同一氨基酸的两种手性对映体

如果原料是纯的L-乳酸，则所得的聚L-乳酸（简称PLLA，等规PLLA）是高结晶性聚合物，聚L-乳酸的结晶度大概是37%，其玻璃化转变温度大约是65°C，熔点是180°C，拉伸模量大约为3-4GPa，弯曲模量大约为4-5GPa。如果原料是纯的D-乳酸，则所得的聚D-乳酸（简称PDLA/等规PDLA）是半结晶聚合物。

由微生物发酵得到的乳酸主要为L型，只有极少数细菌能够生成D型乳酸。另外，D型乳酸对人体有一定的副作用，过量摄入能引起新陈代谢紊乱。因此，商品化应用最为普遍的是PLLA。由于存在提纯上的困难和聚合过程中的消旋化问题，工业化生产的聚乳酸中都含有少量的D单元。D单元的含量越高，PLLA光学纯度越低，分子链的有序规整度也越低。PLA通常要求L-乳酸含量较高，其光学纯度大于96%~99%（即D-乳酸小于1%~4%）。

D单元含量在15%～50%之间的PLLA是完全无定形聚合物，不具有结晶性。间规PDLLA（含L-乳酸和D-乳酸）可以通过内消旋丙交酯的立构选择性聚合制得，在95℃等温结晶1h后，测得的熔点为152℃；等比例共混PLLA和PDLA可以得到立体络合物（sc-PLA）结构，具有比各自均聚物更高的熔点（220～230℃）。

L-乳酸、D乳酸及DL-乳酸在聚乳酸上及与生物化学有关的食品、医药和农药等领域中的应用是存在区别的。乳酸的光学及化学纯度将直接影响聚乳酸生产过程中的产品收率、稳定性及产品品质。市场上不同品质不同价格的PLA，很大一部分原因是因为自身的品质。

聚乳酸密度在1.25-1.28 g/cm3，比水重。

断裂伸长率：4%-10%，偏脆。通过将 PLLA 与聚（3-羟基丁酸酯）（PHB）、纤维素纳米晶体 (CNC) 和增塑剂(TBC) 混合，机械性能得到显著改善。有助于将断裂伸长率从纯 PLLA 的 6% 提高到生物复合材料的 140-190%。

加工工艺：

聚乳酸可用多种方式进行加工，如挤出成型、射出成型、吹膜，发泡。

可持续特性

PLA 通常被称为可生物降解聚合物，因为在某些条件下，根据 PLA 的等级，它会被消化成水和二氧化碳，以及残留生物质。有一些标准可以认证材料是否可生物降解。美国材料与试验协会 (ASTM) 标准要求“测试材料中 90% 的有机碳必须在 180 天内转化为二氧化碳 [生物降解]”。在欧洲，最常见的标准是 EN 13432。

在使用寿命结束时，PLA 产品可以通过机械或化学方法回收，或在工业设施中堆肥。经过机械回收的 PLA 可用于 3D 打印应用，而经过化学回收的 PLA 可用于生产可转化为新 PLA 树脂的乳酸。

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