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聚乳酸(poly lactide;PLA)


使用澱粉作為原料,醱酵後製得乳酸(lactic acid),經由縮合聚合反應將乳酸聚合成低分子量之聚乳酸,再利用耦合劑(coupling agent)將低分子量的聚乳酸接合成具有良好機械物性的較高分子量聚乳酸,因為乳酸具有有兩種立體異構物,因此高分子型態有四種D-PLA、L-PLA與DL-PLA,第四種為meso-PLA實際應用較少。PLA與其和PGA(poly glycolide )的共聚物PGALA(poly glucolide-co-lactide),用於藥物傳輸的數量與日俱增,相當程度的受到重視。從美國相關專利數看來,在1980年只有近60件專利將PLA與PGA作於藥物傳輸的用途,而近十年相關專利就達600件成長快速。主要原因就是1989年獲得核准的非口服藥物Lupron Depot,這個利用PLA包埋的藥物其臨床表現及商品化的銷售情況都相當出色。
PLA與PGA聚合物在生物可分解手術縫線已經使用多年,由於具有良好的生物相容性、已知的代謝安全性及水解速率的可控性使其成為藥物傳輸的理想材料。做為藥物傳輸的載體與傳統賦形劑的需求並不相同,它們需將包埋藥物的藥物動力學加以調整,而且要防止藥物受到酵素的攻擊。一般透過控制聚合物的分子量及催化劑的使用來調整PLA與PGA聚合物的功能特性,但也由於這些原因使得每一家PLA與PGA供應商因為製程的不同而造成品質與功能特性的差異。
PLA聚乳酸是最近新興的塑膠,由於可由微生物分解,是很熱門的東西。

聚乳酸(PLA)是以有機酸乳酸爲原料生産的新型聚酯材料,性能勝於現有塑膠聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等材料,被産業界定爲新世紀最有發展前途的新型包裝材料,是環保包裝材料的一顆明星,在未來將有望代替聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等材料用於塑膠製品,應用前景廣闊。
玉米纖維的提煉方法:
首先把玉米粒粉碎,再過濾出淀粉,加入酶等成份,使其轉化成葡萄糖,再加上乳酸菌發酵成乳酸,從中產生一種聚合體的物質,即PLA,利用一般熔融紡絲法,可製成長纖及短纖。

玉米纖維的好處:
大部份化學纖維原材料都是出自石油,其產品在分解過程中對地球產生污染,而玉米纖維是由玉米提煉而 成的PLA植物纖維,採用環保概念,因植物纖維分解性高,能達到環保之效果。PLA纖維的燃燒值與紙一 樣偏低,燃燒后不產生氮化物等氣體,最後被焚化之污染亦較輕。
由日本纖維科學雜誌介紹,"LACYRON"纖維初始原料淀粉再生循環周期短,約為1~2個周期。
聚乳酸(PLA)得優點主要有以下幾方面:
(1)生物可降解性良好。
聚乳酸使用後能被自然界中微生物完全降解,最終生成二氧化碳和水,不污染環境,對保護環境非常有利。
PLA聚乳酸纖維的生物分解性,可以產品用途不同而設計幾個不同的方法加以試驗;簡單的如埋在地下,再分浸泡淡水或海水或含有細菌生物污泥法等,又如有相處理的家庭堆肥法或標準堆肥法等。其中,簡單的地下掩埋,PLA的分解速度並不快速,強度及重量分解減少都要長達一年半之後,但是使用含細菌的生物污泥法,強度在3-4個月後就解降下來,但要總重量減少(即細菌消化成CO2跑掉)仍需一年。
PLA纖維分解性高,採用土裡理藏法,2-3年幾乎完全分解,採用海水浸泡法,活性河泥法,標準捆包法,其結果亦完全分解,其方解性十分高。
(2)機械性能及物理性能良好。
聚乳酸適用於吹塑、熱塑等各種加工方法,加工方便,應用十分廣泛。可用於加工從工業到民用的各種塑膠製品、包裝食品、速食飯盒、無紡布、工業及民用布。進而加工成農用織物、保健織物、抹布、衛生用品、室外防紫外線織物、帳篷布、地墊面等等,市場前景十分看好。
(3)相容性與可降解性良好。
聚乳酸在醫藥領域應用也非常廣泛,如可生産一次性輸液用具、免拆型手術縫合線等,低分子聚乳酸作藥物緩釋包裝劑等。
由原料至產品之循環過程:
淀粉開始練製成聚乳酸,經縮聚合製成PLA纖維,製成各類產品,使用後被廢棄,被埋土或水中處理,藉微生物分解,產生二氧化碳和水,通過光合作用,轉化成原料淀粉,通過循環過程既能重新而得到初始原料淀粉,又能利用光合作用減少空氣中之二氧化碳的含量。

聚乳酸(PLA)主要開發公司:
PLA(聚乳酸)粒子是由Cargil及The Dow Chemical 公司各以50%之投資比例所設立的CDP公司所生產,目前在產量高、成本低的Nature Works PLA纖維製程上,正致力開發用途多樣化、多層次化之新商品。
Nature Works聚乳酸聚合技術是CDP公司利用Nature Works之技術,抽取出天然植物糖(右旋糖),該製程核心是利用發酵及蒸餾技術為基礎所發展而來。亦即由玉米澱粉發酵形成的乳酸為原料,經蒸餾脫水反應製成的聚乳酸溶液紡絲後,抽取可生物分解的合成纖維,所以又被稱為玉米纖維。
據CDP公司表示,Nature Works PLA是綜合天然纖維及人造纖維素材性能優點的合成纖維。其主要特色為手感好、懸垂性佳、低吸濕性、疏水性優、勝過大部分聚合體的耐紫外線性、優異的抗皺性及彈性、較尼龍6及尼龍66優異的防污性等。另外,其密度也比棉及羊毛低,更易製成極輕量之織物。除此之外,纖維本身還能控制自己的收縮性,自由捲曲。
PLA纖維與含水率12%的一般天然纖維相比,其0.4至0.6%的水份率是低吸濕性高之主要因素。雖說該含水率比聚酯纖維來的略高,但其疏水性及優異之濕潤強度又較聚酯纖維更勝一籌。
另一方面,可以利用分散染料達成染色結果,也可以用原液著色,經AATCC的檢驗報告顯示,可耐50次的水洗,製成之衣服在乾洗時可耐熱達175度C。
聚乳酸(PLA)融點約為175 度C,比PET、Nylon低,與PP相近,具備實用的耐熱性,所抽成絲的纖維強度等物性,具有與聚酯纖維一般相近的性能。乳酸本身有不同的光學異構體,即L體(左旋)和D體(右旋),原料中不同的D和L體含量,可使聚乳酸的融點不同。聚乳酸纖維具有優良的耐氣候性。經科學試驗,此種纖維具有超強的紫外線(UV)抵抗力,經日晒500小時後,仍然保持90%的強力,而一般聚酯纖維200小時後,強力便降至60%左右。聚乳酸纖維內部結構存在著大量非結晶部分,在水、細菌和氧氣存在下,可進行較快的分解。經土壤掩埋試驗,經過一年半之後,纖維強度降至60%左右,係因相對粘度對應降低所致。聚乳酸纖維可使之堆肥化,這樣更能顯出它與傳統合成纖維的優勢,廢棄物堆肥化,回歸自然,綠色再生。
聚乳酸生産是以乳酸爲原料,傳統的乳酸發酵大多用澱粉質原料,目前美、法、日等國家已開發利用農副產品爲原料發酵生産乳酸,進而生産聚乳酸。
美國LLC公司生産聚乳酸工藝爲:
玉米澱粉經水解爲葡萄糖,再用乳酸桿菌厭氧發酵,發酵過程用液堿中和生成乳酸,發酵液經淨化後,用電滲析工藝,製成純度達99.5%的L-乳酸。
由乳酸制PLA生産工藝有:
(1)直接縮聚法,在真空下使用溶劑使脫水縮聚。
(2)非溶劑法,使乳酸生成環狀二聚體丙交酯,在開環縮聚成PLA。
  
美國一家研究所研製成功把制乳酪後的廢棄土豆轉化爲葡萄糖糖漿,再用細菌發酵成含乳酸酵液,經電滲析分離、加熱使水分蒸發,得到可制薄膜與塗層的聚乳酸,可作保鮮袋及代替有聚乙烯和防水蠟的包裝材料。
  法國埃爾斯坦糖廠與一所大學研製出用甜菜爲原料,先分解成單糖,發酵生産乳酸,再用化學方法將乳酸聚合爲聚乳酸,也可利用工業制糖工序的下腳料貧糖液來生産聚乳酸,生産成本大幅度下降。
  日本鍾紡公司以玉米爲原料發酵生産聚乳酸,利用聚乳酸製成生物降解性發泡材料。其過程是在聚乳酸中混入一種特殊添加劑,對其分子結構進行控制,使之變爲易發泡的微粒,再加入用碳水化合物製成有機化合物發泡劑,在成型機中成型、經高壓水蒸氣加熱成發泡材料。該材料的強度壓縮應力、緩衝性、耐藥性等與聚苯乙烯塑膠相同,經焚燒後不污染環境,還可肥田。
聚乳酸纖維加工性良好,很容易可以製成超細(microdeniers)纖維;快乾、不縮,介於棉與絲之間的性質,適合於製作衣褲等;又耐光線、低燃性,燃燒時低煙、低放熱等性質,是有防火概念的家飾品及窗簾等最好的材料。



早在80年代有人己把玉米除可作為糧食外,尋求其他用途之想法,因玉米在全球之產量十分豐富,此想法在今日己實現,玉米纖維的誕生,使紡織業上添上一種綠色原料,令整個紡織產業加入無窮之資源,更令玉米之作用超越糧食領域。

1. PVC、PET、PP、PLA材質特性與韌性
材質特性稍後補充說明。
韌性:PP > PET > PVC > PLA
2. PVC、PET、PP、PLA成型後耐寒與耐熱的特性
耐寒:PP > PET > PVC > PLA
耐熱:PP > PET > PVC > PLA
3. PVC、PET、PP、PLA各單價比較
PLA > PET > PP > PVC

心得:
看了上述的介紹,真正感受到PLA的使用性及其優點,我對PLA比較有印象,是在教官談到PLA後不久,有一天到7-11買思樂冰,喝著喝著,我發現裝思樂冰的容器,透明的部分,是由PLA材質所製造的,這讓我有著深刻的印象,後來,我想到PLA的材料,我還以為能吃,但是PLA和其他石油製成的化學纖維原材料有著類似的性質,最大的差別是在分解性高,但在現在而言,PLA成本來說,還是高於其他化學纖維原材料,所以再看看未來的科技進步吧!
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