PLA是如何合成的？有两种方式！

PLA是如何合成的？有两种方式！

聚乳酸PLA系列：聚乳酸的全称是聚乳酸（PLA），又称聚丙交酯。研究人员认为，PLA 是一种新型材料，因为它具有优异的生物相容性、降解性和源自生物来源的特性。合成聚乳酸有两种方法：直接缩聚和丙交酯开环聚合。

乳酸

由于乳酸的好坏直接影响PLA的合成，所以聚乳酸的合成要从乳酸的合成入手。乳酸是自然界中最小的手性分子，在自然界中以两种立体异构体L-乳酸和D-乳酸存在。这两种乳酸以等比例混合形成外消旋 DL-乳酸。

在与聚乳酸和生化相关的食品、医药、农药等领域，L-乳酸、D-乳酸和DL-乳酸的用途存在差异。通常需要高含量的L-乳酸，其光学纯度超过96%~99%（即D-乳酸为1%~4%以下）。乳酸的光学和化学纯度直接影响到聚乳酸生产过程中产品的收率、稳定性和产品质量。

乳酸合成法

乳酸可以通过化学或微生物发酵方法生产。

1.化学法

化学法以石油类化学物质为原料合成，但通常只能合成外消旋DL-乳酸。由于D-乳酸被人体代谢，饮食受到限制，但由于化学外消旋乳酸不符合普通聚乳酸材料的要求，因此市场很小。全球市场对纯D-乳酸的需求量仅为2000吨，主要用于农药、杀虫剂和除草剂的生产。

2、微生物发酵法

发酵法的主要原料是玉米、甘蔗、甘薯等淀粉类原料，主要方法是通过乳酸菌的作用将糖的PH值调节到5左右。发酵2-3天得到粗乳酸。 80% 至 88%（包括 12% 至 20% 的水），浓缩乳酸可用于聚合应用，浓度高达 92% 至 93%。

乳酸主要由玉米深加工得到的玉米淀粉发酵产生，每吨乳酸消耗约1.5吨玉米。它还每吨PLA消耗约1.5吨乳酸（92%浓度），或每吨PLA消耗2.25吨玉米。以目前解放军全球33万吨产能计算，玉米**消费量为74.25万吨，2019年全球玉米产量达11.1亿吨，占比不足0.1%。

发酵乳酸生产工艺

聚乳酸合成方法

直接缩聚法

乳酸同时具有-OH和-COOH可直接缩聚，并利用高效脱水剂和催化剂将乳酸或乳酸低聚物分子间脱水缩合成高分子量聚乳酸。...直接缩聚法一般分为熔融缩聚法、固相熔融缩聚法和溶液缩聚法。

直接缩聚法合成的PLA，作为原料的乳酸来源充足，大大降低了成本，有利于PLA材料的推广，但生产出来的聚乳酸分子量普遍偏低，分子量偏低。分布是副产水，难以从高粘度反应体系中除去水，聚乳酸与水水解产生解聚，从而降低分子量，成型困难。高分子量聚乳酸。它的使用有一定的限制。

注意：乳酸与聚乳酸直接缩合。

丙交酯开环聚合法

在开环聚合法中，乳酸先缩聚成低聚物，然后在高温、高真空等条件下进行分子内酯交换，再解聚形成乳酸丙内酯环状二聚体。提纯提纯后，丙内酯在辛酸亚锡、氧化锌等多种引发剂的催化下开环，得到高分子量聚合物。

**步是通过乳酸脱水环化制备丙交酯。

第二步是通过丙交酯开环聚合制备聚丙交酯。

注：乳酸采用开环聚合工艺形成聚乳酸。

这种方法始于 1932 年。 Carothers 发现，大量的 6 元环化脂肪族化合物在正常条件下可以自发地进行开环聚合，生成高分子量聚合物。受此启发，人们设计了许多方法通过使用丙交酯二聚体的开环聚合来合成聚乳酸。如上图所示，这种方法可以生产出分子量分布比较高的高分子量聚乳酸。由于其聚合时间短，也是现阶段合成聚乳酸的主要方法，大部分制造工艺已选择使用该方法。

丙交酯是由乳酸生产聚乳酸的中间产物，其合成工艺和工艺复杂，反应条件严格，收率低。因此，丙交酯价格居高不下，其产能也是阻碍PLA普及的重要因素。

目前，聚乳酸的合成已经实现了一定的前工业化，但合成条件仍存在较高的能耗和工艺复杂性，使得产品价格昂贵，产品推广无用。在应用和制造过程中，温度过高，劣化在所难免，质量不够。

国内对聚乳酸的研发起步较晚，但近年来对聚乳酸的研究非常火爆，开发了许多新的合成方法，各有千秋。聚合机理是可以合成的超高分子量，最重要的是催化剂的选择。虽然希望开发出更好的有机催化剂，有机功能催化剂可以更容易地用于制备聚乳酸，但仍然存在许多缺陷。然而，作为大势所趋，工艺优化将降低成本，其性能的改变必然使聚乳酸这种可生物降解的材料成为未来塑料行业的主要产品。