聚乳酸

聚乳酸，也称为聚（乳酸）或聚丙交酯（PLA），是一种具有主链配方的热塑性聚酯（C_{3H4O2)n 或 [–C(CH3)HC(=O)O–]n, 形式上 由乳酸 C(CH3)(OH)HCOOH 缩合而失水获得（因此得名）。 也可由丙交酯开环聚合制备 [–C(CH3)HC(=O)O –]2，基本重复单元的循环二聚体。}

PLA 已成为一种流行的材料，因为它是从可再生资源中经济地生产出来的。 2021 年，PLA 是世界上所有生物塑料中消费量最高的，尽管它仍不是商品聚合物。 许多物理和加工缺陷阻碍了它的广泛应用。 PLA 是 3D 打印中使用最广泛的塑料长丝材料。 其熔点低、强度高、热膨胀小、层间附着力好、退火后耐热性高等特点，使其成为这一用途的理想材料。 然而，如果不进行退火，PLA 的耐热性是常见 3D 打印塑料中最低的。

虽然聚乳酸这个名字被广泛使用，但它不符合 IUPAC 标准命名法，即聚（乳酸）。 聚乳酸这个名称可能含糊不清或令人困惑，因为 PLA 不是聚酸（聚电解质），而是聚酯。

单体通常由发酵植物淀粉制成，例如玉米、木薯、甘蔗或甜菜浆。

几种工业路线提供可用的（即高分子量）PLA。 使用了两种主要单体：乳酸和环状二酯丙交酯。 最常见的 PLA 途径是丙交酯与各种金属催化剂（通常是辛酸锡）在溶液或悬浮液中的开环聚合。 金属催化的反应往往会导致 PLA 外消旋化，从而降低其与起始材料（通常是玉米淀粉）相比的立构规整性。

乳酸单体的直接缩合也可用于生产 PLA。 此过程需要在低于 200 °C 的温度下进行； 高于该温度时，会生成熵有利的丙交酯单体。 对于每个缩合（酯化）步骤，该反应会产生一当量的水。 缩合反应是可逆的并且处于平衡状态，因此需要去除水以产生高分子量物质。 需要通过施加真空或通过共沸蒸馏除去水以驱动反应向缩聚方向发展。 130 kDa 的分子量可以通过这种方式获得。 通过小心地将粗聚合物从熔体中结晶，可以获得更高的分子量。 因此，羧酸和醇端基集中在固体聚合物的无定形区域，因此它们可以发生反应。 因此可获得 128–152 kDa 的分子量。

设计的另一种方法是将乳酸与沸石接触。 这种缩合反应是一个一步过程，运行温度低约 100 °C。

由于乳酸的手性，存在几种不同形式的聚丙交酯：聚左旋丙交酯 (PLLA) 是 L,L-丙交酯（也称为 L-丙交酯）聚合的产物。生物技术的进步导致 在开发 D 对映体形式的商业生产中。

L-和D-丙交酯的外消旋混合物的聚合通常导致合成聚-DL-丙交酯（PDLLA），它是无定形的。

使用立体有择催化剂可导致已发现显示结晶度的杂规 PLA。 结晶度，以及许多重要的性质，在很大程度上受所用 D 与 L 对映异构体的比例控制，在较小程度上受所用催化剂类型的控制。 除了乳酸和丙交酯外，乳酸 O-羧酸酐 (lac-OCA) 这种五元环化合物也已在学术上得到应用。 这种化合物比丙交酯更具反应性，因为它的聚合是由每当量乳酸损失一当量二氧化碳驱动的。 水不是副产品。