聚乳酸(PLA)是一种生物基与生物可降解高分子材料，由淀粉发酵生成乳酸，然后通过聚合得到聚乳酸，使用后能完全降解为CO₂和H₂O。PLA具有无毒、降解产物可参与人体新陈代谢等优点，在医用领域得到广泛使用。PLA的另一个优点是生产过程能耗低、碳排放低。可见，PLA的生产和使用既可以缓解严重的百色污染，又可以节省石油资源。

PLA是一种新型高分子材料，其化学结构式如图2-1所示

图2-1

PLA的生产的工艺流程是:从植物中提取淀粉，淀粉经酶分解得葡萄糖，乳酸菌发酵产生乳酸，化学合成得到PLA。PLA类废品的回收绿色环保，经微生物、水、酸或碱的作用，可彻底分解成CO₂和H₂O，不会对环境造成污染。

PLA的结构单元是乳酸，乳酸单体于1780年首次被发现存在于牛奶中，又称为a-羟基酸或 2-羟基丙酸，是一种具有手性碳的有机酸，通常表现为无色具有吸湿性的液体，根据光学活性可分为左旋乳酸(L-乳酸)和右旋乳酸(D-乳酸)，其结构式如图2-2所示，L-乳酸、D-乳酸可形成消旋乳酸(DL乳酸)。其中D-乳酸存在于人体肌肉组织内，L-乳酸是哺乳动物的代谢产物。

图2-2

聚乳酸的合成及方法

由于在自然界中并不存在天然的PLA，因此只能通过人工合成来获得PLA。目前常用的合成PLA的方法主要有乳酸直接缩聚法、丙交酯开环聚合法、反应挤出聚合法、直接固相聚合法、溶液聚合法等。下面对乳酸直接缩聚法和丙交酯开环聚合法展开介绍。

直接缩聚法

乳酸的脱水缩合是最早用于制备PLA的简单且行之有效的方法。乳酸分子中同时含有羧基与羟基，羧基与羟基都具有很高的反应活性，通过加热，乳酸分子之间发生脱水缩合反应，可直接制备得到PLA。直接缩聚法具有原料来源广、价格低廉、操作简单、试剂用量少等特点，但所制得的聚合物相对分子质量偏低，不足以满足成膜或纺丝的市场需求，应用价值不大，必须进一步提高聚合物的相对分子质量，才能开拓更加广阔的市场，使其具有更加广泛的用途。基于上述合成PLA的缺点，人们提出两种方法对其进行改进；①熔融-固相缩聚法，以高纯度乳酸单体作为反应原料，通过熔融聚合法制备出低相对分子质量的PLA，然后运用固相聚合方法，使相对分子质量较低的PLA的端基进一步发生反应使其扩链，从而大大提高了最终产物的相对分子质量;②扩链法，以乳酸单体为原料、先直接缩合合成相对分子质量较低的PLA，再在氨气保护下加热至熔融(温度在200℃左右)并加入异氰酸酯扩链，相对分子质量可提高3~4倍。

丙交酯开环聚合法

使用乳酸直接脱水缩合制备PLA的方法时，由于在反应过程中，反应体系的黏度会逐渐增大，使反应产生的水很难分离，阻碍了反应向正方向进行，而导致反应得到的PLA相对分子质量偏低，不足以满足市场需求。因此需采用更加可行的方法来提高PLA的相对分子质量，丙交酯开环聚合法可制得高相对分子质量的PLA。丙交酯开环聚合制备PLA的方法分为两步:①乳酸在催化剂的作用下，脱水缩聚成二聚体--丙交酯;②丙交酯直接本体熔融聚合得到PLA。该方法在第一步中将体系中的水全部除去，第二步反应为本体反应，不产生任何阻碍反应进行的杂质，因此可得到高相对分子质量的PLA。丙交酯的光学异构结构如图2-3所示。在一定条件下，无论是乳酸缩合还是丙交酯开环都可得到全规、间规、杂规及无规的 PLA。丙交酯开环聚合的机理可分为:阴离子型开环聚合、阳离子型开环聚合和配位型开环聚合。

图2-3

综上所述，虽然PLA的合成方法多种多样，但要想得到相对分子质量大于10万的高相对分子质量 PLA，丙交酯开环聚合是最行之有效且应用最为广泛的合成方法。