• 聚乳酸

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    聚乳酸

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    聚乳酸,也稱為聚(乳酸)或聚丙交酯(PLA),是一種具有主鏈配方的熱塑性聚酯(C3H4O2)n 或 [–C(CH3)HC(=O)O–]n, 形式上 由酸 C(CH3)(OH)HCOOH 縮合而失水獲得(因此得名)。 也可由丙交酯開環聚合制備 [–C(CH3)HC(=O)O –]2,基本重復單元的循環二聚體

    PLA 已成為一種流行的材料,因為它是從可再生資源中經濟地生產出來的。 2021 年,PLA 是世界上所有生物塑料消費量最高的,盡管它仍不是商品聚合物。 許多物理和加工缺陷阻礙了它的廣泛應用。 PLA 是 3D 打印中使用最廣泛的塑料長絲材料。 其熔點低、強度高、熱膨脹小、層間附著力好、退火后耐熱性高等特點,使其成為這一用途的理想材料。 然而,如果不進行退火,PLA 的耐熱性是常見 3D 打印塑料中最低的。

    雖然聚乳酸這個名字被廣泛使用,但它不符合 IUPAC 標準命名法,即聚(乳酸)。 聚乳酸這個名稱可能含糊不清或令人困惑,因為 PLA 不是聚酸(聚電解質),而是聚酯。

    化學性質

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    綜合

    單體通常由發酵植物淀粉制成,例如玉米木薯甘蔗甜菜漿

    幾種工業路線提供可用的(即高分子量)PLA。 使用了兩種主要單體:乳酸和環狀二酯丙交酯。 最常見的 PLA 途徑是丙交酯與各種金屬催化劑(通常是辛酸錫)在溶液或懸浮液中的開環聚合。 金屬催化的反應往往會導致 PLA 外消旋化,從而降低其與起始材料(通常是玉米淀粉)相比的立構規整性

    乳酸單體的直接縮合也可用于生產 PLA。 此過程需要在低于 200 °C 的溫度下進行; 高于該溫度時,會生成熵有利的丙交酯單體。 對于每個縮合(酯化)步驟,該反應會產生一當量的水。 縮合反應是可逆的并且處于平衡狀態,因此需要去除水以產生高分子量物質。 需要通過施加真空或通過共沸蒸餾除去水以驅動反應向縮聚方向發展。 130 kDa 的分子量可以通過這種方式獲得。 通過小心地將粗聚合物從熔體中結晶,可以獲得更高的分子量。 因此,羧酸和醇端基集中在固體聚合物的無定形區域,因此它們可以發生反應。 因此可獲得 128–152 kDa 的分子量。

    設計的另一種方法是將乳酸與沸石接觸。 這種縮合反應是一個一步過程,運行溫度低約 100 °C。

    立體異構體

    由于乳酸的手性,存在幾種不同形式的聚丙交酯:聚左旋丙交酯 (PLLA) 是 L,L-丙交酯(也稱為 L-丙交酯)聚合的產物。生物技術的進步導致 在開發 D 對映體形式的商業生產中。

    L-和D-丙交酯的外消旋混合物的聚合通常導致合成聚-DL-丙交酯(PDLLA),它是無定形的。

    聚乳酸

    使用立體有擇催化劑可導致已發現顯示結晶度的雜規 PLA。 結晶度,以及許多重要的性質,在很大程度上受所用 D 與 L 對映異構體比例控制,在較小程度上受所用催化劑類型的控制。 除了乳酸和丙交酯外,乳酸 O-羧酸酐 (lac-OCA) 這種五元環化合物也已在學術上得到應用。 這種化合物比丙交酯更具反應性,因為它的聚合是由每當量乳酸損失一當量二氧化碳驅動的。 水不是副產品。

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    詞條目錄
    1. 聚乳酸
    2. 化學性質
    3. 綜合
    4. 立體異構體

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