當(dāng)下最火的生物降解塑料PLA是如何降解的？
2021-11-22
中文名：聚乳酸
聚乳酸（PLA）分子結(jié)構(gòu)式如圖，其中的酯鍵易水解，能在體內(nèi)或土壤中經(jīng)微生物的作用降解生成乳酸，代謝最終產(chǎn)物是水和二氧化碳，所以對人體不會產(chǎn)生毒副作用，使用非常安全。因此聚乳酸已經(jīng)被應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、藥學(xué)等許多方面，如用作外科手術(shù)縫合線、藥物控制釋放系統(tǒng)等等。
由于乳酸具有旋光性,因此對應(yīng)的聚乳酸有三種:PDLA、PLLA、PDLLA(消旋) 。
PLLA和PDLA是部分結(jié)晶高分子，力學(xué)強度較好，常用作醫(yī)用縫合線和外科矯形材料。藥物控釋制劑常采用PLLA和PDLLA,但更多的是使用PDLLA。PLLA的降解產(chǎn)物L(fēng)-乳酸能被人體完全代謝，因而比D-PLA更具競爭力。
PLA的水解是個復(fù)雜的過程，主要包括4個現(xiàn)象：吸水、酯鍵的斷裂、可溶性齊聚物的擴散和碎片的分解。
降解的主要方式：本體侵蝕。
PLA材料浸入水性介質(zhì)中或植人體內(nèi)后，首先發(fā)生材料吸水。水性介質(zhì)滲入聚合物基質(zhì)，導(dǎo)致聚合物分子鏈松弛，酯鍵開始初步水解，分子量降低，逐漸降解為低聚物。
聚乳酸的端羧基(由聚合引入及降解產(chǎn)生)對其水解起催化作用， 隨著降解的進行， 端羧基量增加， 降解速率加快， 從而產(chǎn)生自催化現(xiàn)象
內(nèi)部降解快于表面降解， 這歸因于具端羧基的降解產(chǎn)物滯留于樣品內(nèi)，產(chǎn)生自加速效應(yīng) 。
隨著降解進行，材料內(nèi)部會有越來越多的羧基加速內(nèi)部材料的降解，進一步增大內(nèi)外差異。當(dāng)內(nèi)部材料完全轉(zhuǎn)變成可溶性齊聚物并溶解在水性介質(zhì)中時，就會形成表面由沒有完全降解的高聚物組成的中空結(jié)構(gòu)。進一步降解才使低聚物水解為小分子，最后溶解在水性介質(zhì)中。
整個溶蝕過程是由不溶于水的固體變成水溶性物質(zhì)。
宏觀上是材料整體結(jié)構(gòu)破壞，體積變小，逐漸變?yōu)樗槠?，最后完全溶解并被人體吸收或排出體外；
微觀上是聚合物大分子鏈發(fā)生化學(xué)分解，如分子量變小、分子鏈斷開和側(cè)鏈斷裂等， 變?yōu)樗苄缘男》肿佣M入體液，被細胞吞噬并被轉(zhuǎn)化和代謝。
聚乳酸的分解有兩個階段：經(jīng)水解反應(yīng)分解之后再靠微生物分解。
在自然環(huán)境中首先發(fā)生水解，通過主鏈上不穩(wěn)定的酯鍵水解而成低聚物，然后，微生物進入組織物內(nèi)，將其分解成二氧化碳和水。在堆肥的條件下（高溫和高濕度），水解反應(yīng)可輕易完成，分解的速度也較快。在不容易產(chǎn)生水解反應(yīng)的環(huán)境下，分解過程是循序漸進的。
微生物在自然界中普遍存在，聚乳酸可以被多種微生物降解。如鐮刀酶念珠菌，青霉菌，腐殖菌等。
不同細菌對不同構(gòu)形的聚乳酸的降解情況是不同的。研究結(jié)果表明，鐮刀酶念珠菌、青霉菌都可以完全吸收D,L 乳酸，部分還可以吸收可溶的聚乳酸低聚物。
1）pH值
酸或堿都能催化PLA水解。
2）結(jié)晶度
降解過程總是從無定形區(qū)到結(jié)晶區(qū).
3）分子量及分子量的分布
分子量與降解速率成反比。分子量越大， 聚合物的結(jié)構(gòu)越緊密， 內(nèi)部的酯鍵越不容易斷裂；而且，分子量越大，經(jīng)降解所得的鏈段越長， 不易溶于水中，產(chǎn)生的水和氫正離子越少，使pH 值下降緩慢，這也是其降解速率比低分子量聚乳酸的低的原因之一。
4）立構(gòu)規(guī)整性的影響
在堿性條件下， 降解速率為PDLA (PLLA)<P (LDL)A<PDLLA
5）酶
聚乳酸主鏈上含有酯鍵，可以被酯酶加速降解。
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