塑料给我们的生活带来了诸多便利,我们的衣食住行中都用到许多塑料制品。但是对于塑料,许多人都有一个共同的印象——不环保。这是由于常用的石油基塑料在自然环境中难以降解,其污染治理也是一个世界性难题。
近年来,“白色污染”、“微塑料”、“垃圾大陆”等问题受到广泛关注,我们越来越重视不可降解塑料给自然带来的负担,人类社会对于不可降解塑料的限制已成为主流趋势。然而,塑料制品在我们日常生活中却又无处不在。于是,可降解塑料逐渐成为新趋势。
为此,科学家们提出“源于自然,归于自然”的新理念,开发出将玉米等生物质转化为生物可降解的聚乳酸(Poly(lactic acid),PLA)塑料的合成路线,通过化学的魔法为塑料污染治理提供了可行的解决方案。
这种由植物淀粉转化而成的塑料,制备工艺上摈弃了不环保的石油化工原料,具有优异的生物降解性,是一种环境友好塑料。
PLA的普及能有效减少使用不可降解塑料,对塑料污染的治理具有重大意义。那么,PLA是如何由玉米等生物质一步步转化而来,又是如何在日常生活、生物医药研发、农业生产、纺织、工程制造等方面取代繁荣百年的传统石油基塑料?让我们来一探究竟!
农作物变塑料的“魔法”
PLA是一种由乳酸(Lactic acid,LA)经过低聚、环化、聚合等过程而成的脂肪族聚酯。PLA的转化过程是这样的——化学家可以高效地将从玉米等农作物中提取出的淀粉通过水解、微生物发酵的步骤制成LA,进一步通过缩合聚合或开环聚合的手段将其转化为PLA,实现农作物变塑料的“魔法”。
由于LA单体中既含有羟基(−OH),又含有羧基(−COOH),分别可以与另一LA单体的羧基和羟基发生缩合反应。
就这样,LA单体们往复交替发生反应,得到高分子量的PLA材料。
这么看来,这么环保的材料,为什么一开始没有得到广泛应用呢?其实这个过程并没有说的这么简单,在制备过程中存在诸多化学、工程问题和瓶颈。例如,缩合反应过程中生成的水分子(H2O)无法被及时排出,将大大抑制反应进程;此外,较为苛刻的反应条件也降低了该方案应用于工业生产的潜力。
不过,现在制备PLA的方案得到了改良,让整个过程更加可控了。现有的工业化生产PLA的主流路线丙交酯开环聚合法就能够实现PLA分子的可控合成。不过,为了获得满足日常需求的PLA塑料,光靠特定的分子量是远远不够的,加工工艺和改性方法的进步也很重要。
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