食品包装材料聚乳酸.doc

食品包装材料聚乳酸一．绿色环保的聚乳酸(PLA)材料早在1932年就有人开发过聚乳酸(Polylacticacid缩写PLA)日本钟纺公司(KaIlebo)自1989年起与岛津制作所合作开始开发PLA材料。1994年其原料来源于岛津制作所及美国CDP公司。同年钟纺公司开发出了商品名为L(Laetron)的PLA纤维；1998年又开发出了一系列以Lactron纤维为原料的制成品；2000年1月钟纺公司进一步与美国的CDP公司合作联合生产聚乳酸树脂oCargillIncorporated和DowChemic—Com．pany合资后的名称为CargillDowPolymersLLC公司简称CDP主要生产聚乳酸(PLA)。美国的CDP公司在Blair、Nebraska投入价值30多亿美元的制造设备每年生产140万吨PLA是世界上最大的PLA生产厂之一。进入2l世纪绿色环保问题已成为大众最为关注的话题之一其影响几乎遍及所有产业食品与纺织产业也不例外。聚乳酸是土壤中的微生物可以自然分解的聚合物它可用于制造绿色环保型的食品包装材料、医用手术缝合线、可吸收的骨折内固定物、无纺布、建筑用材及各种日用品等。由甜菜、谷物或马铃薯等农产品为原料而制得的聚乳酸(PLA)纤维是一种研究较多、性能较好、可生物降解的包装材料或合成纤维。其废弃后自然界中可完全分解成CO和HO不会对环境产生污染因而是一种完全自然循环的可生物降解包装材料。尤其在石油资源日益短缺、木材资源日益受到保护的2l世纪PLA原料(甜菜、谷物或马铃薯等农产品)可种植、易种植的特性正好满足人们追求自然、绿色、环保的要求因此聚乳酸(PLA)材料被公认为是2l世纪优异的绿色环保材料。（1）聚乳酸的生产原理因乳酸分子中含有氢氧基和羧基若让其缩合的话可生成脂肪酸聚酯或聚乳酸。并且其机械性质、成型加工性与聚苯乙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等聚合物相近但是因其合成原料——L一乳酸价格较高其聚合物的价格也较高因而产品的应用受到限制。高性能聚乳酸的合成原料必须是高纯度的L一乳酸本文介绍了日本近来开发的以土豆淀粉为原料制造高纯度L一乳酸的方法。它可用于生产自然分解的环保型塑料薄膜且价格较低。a.乳酸单体制备原理以葡萄糖为原料发酵法制备乳酸单体的化学反应方程式如下：b.乳酸直接聚合法原理长期以来乳酸的聚合一直有直接聚合和间接聚合法。直接聚合法只能制得平均分子量1万以下的低聚乳酸机械强度太低不能作塑料材料使用。近年日本研究者开发了新的直接聚合法能制得平均分子量30万的聚乳酸可满足一般应用的需要。化学反应方程式如下：c.乳酸的间接聚合法原理乳酸的间接聚合法是先将乳酸转化为丙交酯(36一二甲基一14一二氧杂环己烷一25一二酮)然后丙交酯开环聚合它可得到高分子量(平均分子量40万)的聚乳酸(亦称聚丙交酯)。丙交酯制备的机理一般认为是乳酸先聚合成低聚乳酸然后1氏聚乳酸裂解产生出环形的丙交酯分子。丙交酯开环聚合成线性大分子的表达式反应如下：(2)工艺流程a.原工艺流程以土豆淀粉为原料发酵法生产L一乳酸的典型工艺流程如下：淀粉一液化一糖化一发酵一煮沸一过滤一冷却一再结晶一分解一过滤一浓缩一粗乳酸一酯化一乳酸甲基一精密蒸馏一加水分解一精密蒸馏一高纯度乳酸在工艺中把淀粉液化、糖化之后加入乳酸菌、营养基和碳酸钙等进行发酵产生的乳酸由碳酸钙中和使发酵后得到乳酸钙。加入石灰乳与活性炭煮沸再滤除发酵液中的菌体及活性炭等固性物(可反复操作)而得到粗制乳酸钙。加入50％的硫酸处理使结晶分解得到游离的乳酸经再次过滤进行浓缩可得到粗制乳酸。上述工艺需用淀粉糖化酶、液化酶、硫酸、活性炭等多种辅料生产工艺较为复杂。b.新工艺流程开发的新工艺试剂与辅料使用较少且工艺也较为简单。工艺流程如下：土豆一液化一固液分离一糖化与发酵一固液分离一电透析一浓缩一粗L一乳酸一重缩合(低聚乳酸)一裂解一粗L一乳酸聚合物(交酯)一晶析一高纯度L一乳酸聚合物此工艺流程有以下几个特点：A.发酵原料以土豆为原料没有必要制成淀粉后再使用薯类中未被利用的低聚糖和蛋白质能被充分利用。B.发酵原料在前处理时加入乳酸可同时对原料进行灭菌和液化。C.本流程中L一乳酸发酵法将糖化与乳酸发酵同时进行通过调节PH值可控制此一步发酵的进行速度。D.乳酸的分离精制方法是用电渗析进行粗L一乳酸的粗分离浓缩采用经初步聚合再精制成L一乳酸聚合物的方法高分子量的L一乳酸聚合物一即合成原料L一丙交酯可以从发酵液中直接提取。E.作为副产物土豆液化后的残渣可用做家畜饲料。(3)实验结果a.有关前处理技术实验证明工艺上可采用130～140~C的液化温度用0．2％～0．6％的乳酸可以直接液化土豆浆液。b.L一乳酸发醇技术使用Lactobacillusamy