科学研究
消费后聚乳酸产品的解聚
发布时间:2022年4月23日
  |  
字号:

研究背景:

聚乳酸(PLA)是一种新型的生物降解材料,它是使用可再生的植物资源如玉米、水稻等所提出的淀粉原料制成。PLA具有良好的机械和加工性能,并且使用后能被自然界中的微生物完全降解产生二氧化碳和水,不会污染环境,因此其产品在包装、农业、医药等领域都有广泛的应用。然而,PLA的使用目前也存在着一些问题,如在土壤中的降解周期过长、降解产生的二氧化碳会加剧温室效应等。面对这种情况,一些研究者提出了将废弃的PLA制品解聚成单体进行回收,之后再将回收的单体重新利用,从而实现PLA的可控循环。

研究内容:

研究人员选用多种碳酸盐和碱金属氧化物作为催化剂,在55 ℃的温和条件下对PLA进行解聚实验,测定其单体回收率。此外,他们还对样品进行超声波处理,并且通过控制结晶速率来得到不同结晶程度的样品,从而探究超声波处理以及样品结晶度对PLA解聚速率的影响。

主要研究结果:

1. 不同溶剂和催化剂体系下PLA的解聚效果,+ve代表有效,-ve代表无效

2. 以甲醇作溶剂,分别加入0.25 g和0.125 g氢氧化钠作催化剂,在水浴加热(HB)和超声波(US)处理下,5 g PLA的(a)质量损失; (b)转化率随时间变化曲线

3. PLA通过(a)缓慢冷却结晶; (b)快速冷却结晶得到的样品在水浴加热条件下解聚,不同时间观察到的样品形貌

研究结论:

(1)在解聚反应所选用的多种碱性催化剂中,氢氧化钠是最有效的一种。在5 g PLA样品中加入50 ml甲醇和0.25 g氢氧化钠,在55℃的温和条件下进行实验,5-7 min时间里PLA就可以实现完全解聚。而使用其他的碱性物质如碳酸钾作催化剂时,则需要更高的催化剂浓度以及更长的反应时间来实现PLA的完全解聚。但总体来说,解聚条件并不苛刻,这与之前文献中报道的解聚PLA需要高温高压以及长时间的反应条件形成了对比。

(2)对PLA样品进行超声波处理,研究其对解聚的促进作用。结果表明,超声波对PLA的解聚速率影响不大,几乎可以忽略。相比之下,样品的结晶程度更能影响PLA的解聚速率,结晶度越高,解聚速率越慢。

参考文献:

David A G, Gowrishankar S, Eric W C, et al. Depolymerization of Post-Consumer Polylactic Acid Products[J]. Journal of Renewable Materials, 2014.

原文链接:https://lib.dr.iastate.edu/abe_eng_pubs/842/