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。
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。
聚乳酸是生物降解塑料的一种,其他还有聚羟基烷酸酯(PHA)、聚丁二酸酯(PBS)、聚己内酯(PCL)、聚乙烯醇(PVA)、二氧化碳聚合物等。但聚乳酸是首个大规模工业化的生物基和生物降解塑料,有着广阔的发展潜力。
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。
聚乳酸的特点:
传统的塑料是以石油加工产物为原料生产而得,石油资源储量有限,且制得的产品难以分解,废弃后容易造成环境污染。相比传统的塑料,聚乳酸具有以下优点:
(1)、聚乳酸原料来源十分丰富,玉米、木薯、高粱等都可以生产聚乳酸,而这些农作物均可人工大面积种植,此外秸秆、稻草等农作物或植物根茎叶也可以作为原料。
(2)、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。
(3)、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。
(4)、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。
(5)、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%。
但是,聚乳酸也存在一些缺陷,如含大量酯基亲水性差,基体分子量低与分子量分布过宽导致部分物理性能较差,如热变形温度低、韧性与抗冲击性能低,降解周期不可控制、价格昂贵等。这些都限制了聚乳酸的应用,需要在生产过程中进行一定的改性予以改善。
聚乳酸的应用:
自聚乳酸被人类开发以来,最初是用于制作纤维,用在医疗器械上,如制作手术缝合线,后来逐渐用于制造日用品以及工业用品。
如今,聚乳酸已被广泛用于农用地膜、塑料型材、薄膜、包装材料、食品容器、一次性消费品、服装、纺织品、卫生用品、医疗器械等。其中,应用最广也最有潜力的就是包装材料。
2005年 11月全球零售巨头沃尔玛将所有产品包装改换成聚乳酸(PLA)塑料制品。
此外,麦当劳、可口可乐、达能等跨国企业也已开始使用聚乳酸制成的消耗品或包装材料。国内受产品成本制约聚乳酸制品还没有大规模推广使用。
经过改性或共混的聚乳酸复合材料,具有更为优异的物理性能,是较为理想的新型环保合成材料,也被用于制造电脑部件、手机零部件、光盘及家电零部件、汽车零部件等。
随着3D打印技术发展,聚乳酸作为一种兼具性能及环保要求的3D打印材料倍受关注,被用于3D打印医疗器械产品、玩具乃至汽车零部件。随着研究深入,聚乳酸将来还有望在更多领域取代现有的材料,得到更广泛的应用。
以“绿色环保”为特色的聚乳酸正迎来极好的发展机遇。可以预见,将来会有越来越多的聚乳酸制品走进我们的日常生活,助力地球的可持续发展,造福子孙后代。
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因此,想要在市场中有长久的发展,还是需要参与其中的。