化学的性質
合成 モノマーは通常、トウモロコシ 、キャッサバ 、サトウキビ 、テンサイパルプ などの発酵植物デンプンから作られる。
使用可能な（すなわち高分子量）PLAは、いくつかの工業的方法で得られます。主なモノマーとして、乳酸 と環状ジエステルであるラクチドの2種類が使用されます。PLAの最も一般的な製造方法は、溶液 または懸濁液 中で、様々な金属触媒 （通常はエチルヘキサン酸スズ ）を用いてラクチドを開環 重合する ことです。金属触媒反応はPLAのラセミ化を 引き起こし、出発原料（通常はコーンスターチ）と比較して立体規則性を低下させる傾向があります。[ 9 ]
乳酸モノマーの直接縮合もPLAの製造に利用できます。このプロセスは200 ℃未満で行う必要があります。それ以上の温度では、エントロピー的に有利なラクチドモノマーが生成されます。この反応では、縮合（エステル化 ）ステップごとに1当量の水が生成されます。縮合は可逆平衡反応 であるため、高分子量種を生成するには水の除去が必要です。これは、真空下で反応を行い水を蒸発させるか、共沸蒸留を 使用することで達成できます。この方法で130 kDa の分子量を得ることができます。溶融物から粗ポリマーを慎重に結晶化することで、さらに高い分子量を得ることができます。カルボン酸とアルコール末端基は固体ポリマーの非晶質領域に濃縮されるため、反応することができます。このようにして128～152 kDaの分子量を得ることができます。[ 9 ]
考案された別の方法は、乳酸をゼオライトと接触させることである。この縮合反応は一段階のプロセスであり、 温度は約100℃低い。[ 10 ] [ 11 ]
立体異性体 乳酸のキラル 性により、ポリ乳酸にはいくつかの異なる形態が存在する。ポリ-L- 乳酸（PLLA ）は、 L , L-乳酸（ L- 乳酸とも呼ばれる）の重合によって得られる生成物である。バイオテクノロジーの進歩により、 D エナンチオマー形態の商業生産が開発された。[ 12 ]
L- ラクチドとD- ラクチドのラセミ混合物 の重合により、通常は非晶質のポリ-DL- ラクチド（PDLLA ）が合成される。立体特異的触媒を使用すると、結晶性を示すことがわかっているヘテロタクチック PLAが得られる。結晶化度、ひいては多くの重要な特性は、主にD とL のエナンチオマーの比率によって制御され、触媒の種類によっても多少制御される。乳酸とラクチドの他に、 5員環状化合物である乳酸 O- カルボキシ無水 物（「lac-OCA」）も学術的に使用されている。この化合物は、乳酸1当量あたり二酸化炭素1当量の脱離によって重合が促進されるため、ラクチドよりも反応性が高い。水は副生成物ではない。[ 13 ]
ポリ（ヒドロキシアルカノエート） の製造と同様の方法でPLAを直接生合成することが報告されている。[ 14 ]
物理的性質 PLAポリマーは、非晶質ガラス状ポリマーから半結晶性および高結晶性ポリマーまで幅広く、ガラス転移 温度は60～65 ℃、融点は 130～180 ℃、ヤング率は 2.7～16 GPaです。[ 15 ] [ 16 ] [ 17 ] ℃の温度に耐えることができます。[ 18 ] PLAの基本的な機械的特性は、ポリスチレン とPET の中間です。[ 15 ] 上げることができます。PDLAとPLLAは、結晶 性が向上した非常に規則的な立体複合体を形成します。 1:1 のブレンドを使用すると温度安定性が最大になりますが、PDLA の濃度が 3～10% と低い場合でも、かなりの改善が見られます。後者の場合、PDLA は核剤 として働き、結晶化速度を増加させます。[ 19 ] PDLA の生分解は 、 PDLA の結晶化度が高いため、PLA よりも遅くなります。PLA の曲げ弾性率はポリスチレンよりも高く、PLA は優れたヒートシール性を持っています。
PLAは引張強度 や弾性率 といった特性においてPETと機械的に類似した性能を示すものの、非常に脆く、破断時の伸びは10%未満にとどまります。[ 20 ] 塑性変形を 必要とする用途ではPLAの使用が制限されます。特に、汎用プラスチックとしてのPLAの存在感を高め、バイオプラスチックの状況を改善するために、PLAの破断時の伸びを増加させる取り組みが進められています。例えば、PLLAバイオコンポジットは、これらの機械的特性を改善するために注目されています。PLLAをポリ（3-ヒドロキシブチレート）（PHB）、セルロースナノ結晶（CNC）、可塑剤 （TBC）と混合することで、機械的特性が大幅に改善されることが示されています。[ 21 ] 偏光顕微鏡 (POM)を使用すると、PLLA バイオコンポジットは純粋な PLLA と比較して球晶が 小さく、核生成密度が向上していることが示され、また、純粋な PLLA の 6% からバイオコンポジットの 140～190% への破断伸度の増加にも寄与している。このようなバイオコンポジットは、強度と生分解性が向上しているため、食品包装に大きな関心が寄せられている。
アニーリング [ 22 ] [ 23 ] [ 24 ] 、 核 剤の添加、繊維やナノ粒子 との複合化[ 25 ] [ 26 ] [ 27 ] [ 28 ] [ 29 ] [ 30 ] [ 6 ] 曲げ弾性率が向上することが示されています。この例は、これらのプロセスの複数を利用してPLAの機械的特性を強化できることを示しています。ポリ乳酸は、ほとんどの熱可塑性樹脂と同様に、 繊維 （例えば、従来の溶融紡糸 プロセスを使用）やフィルムに加工できます。PLAはPETE ポリマーと同様の機械的特性を持ちますが、連続使用の最高温度は著しく低くなっています。[ 31 ]
PLAの主鎖構造と結晶化速度への影響も調査されており、特にPLAに最適な加工条件をよりよく理解するために研究されています。ポリマー鎖の分子量は機械的特性に重要な役割を果たす可能性があります。[ 32 ] [ 33 ]
ラセミPLAと純粋なPLLAはガラス転移 温度が低いため、強度と融点が低く、好ましくありません。PDLAとPLLAの立体複合体はガラス転移温度が高く、機械的強度が高くなります。[ 34 ]
PLAの高い表面エネルギーは良好な印刷性をもたらし、3Dプリンティングで広く使用されています。3DプリントされたPLAの引張強度は以前に測定されています。[ 35 ]
アプリケーション PLAは主に短寿命で使い捨ての包装 に使用されます。2022年には、PLAの総生産量の約35 %がフレキシブル包装（フィルム、袋、ラベルなど）に、30 %が硬質包装（ボトル、瓶、容器など）に使用されました。[ 43 ]
農業 繊維状のPLAは、モノフィラメント釣り糸や植生・雑草防止用のネットに使用されます。土嚢、植木鉢、結束テープ、ロープにも使用されます。[ 44 ]
医学 PLAは無害な乳酸に分解するため、アンカー、ネジ、プレート、ピン、ロッド、メッシュ[ 44 ] 外科用縫合糸 [ 46 ] [ 46 ] [ 47 ]
PLAは生体適合性と生分解性を備えているため、薬剤送達用の高分子足場として注目を集めている。
ポリ（ L- ラクチド-co - D , L- ラクチド）（PLDLLA）とリン酸三カルシウム（TCP）の複合ブレンドは、骨工学用のPLDLLA/TCP足場として使用されます。[ 48 ] [ 49 ]
ポリ-L- 乳酸（PLLA）は、顔にボリュームを加えるために使用される注射用フィラーである Sculptra の有効成分であり、特にHIV関連脂肪萎縮症 に使用されます。[ 50 ]
PLLAは、マクロファージの存在下で異物反応を介して線維芽細胞におけるコラーゲン合成を刺激するために使用されます。マクロファージは、 TGF-β などのサイトカインやメディエーターの分泌を刺激し、線維芽細胞が周囲の組織にコラーゲンを分泌するように刺激します。したがって、PLLAは皮膚科学研究において応用される可能性があります。[ 51 ] [ 52 ]
PLLAは、圧電 効果によって微量の電流を発生させ、複数の動物モデルにおいて機械的に強固な 軟骨 の成長を刺激する足場として研究されている。[ 53 ]
人生の終末期 PLAのSPI 樹脂IDコード は7です。 終末期における最も一般的なシナリオは以下の4つです。
リサイクル : [ 74 ] 樹脂識別コード 7（「その他」）はPLAに適用されます。ベルギーでは、GalacticがPLAを化学的にリサイクルする最初のパイロットユニット（Loopla）を開始しました。[ 75 ] [ 76 ] クレードル・トゥ・クレードル・リサイクル ）。使用済みPLAは、エステル交換 により乳酸メチル に化学的にリサイクルできます。[ 62 ] 堆肥化 ：PLAは、化学的加水分解プロセスから始まり、微生物消化を経て最終的にPLAを分解する工業用堆肥化条件下で生分解性です。工業用堆肥化 条件（58 ℃（136 °F） ）では、PLAは60日で部分的に（約半分）水と二酸化炭素に分解され、その後残りははるかにゆっくりと分解されます[ 77 ] [ 78 ] [ 79 ] 。 焼却 ：PLAは炭素 、酸素 、水素 原子のみを含むため、塩素含有化学物質や重金属を生成することなく焼却 できます。塩素を含まないため、焼却中にダイオキシン や塩酸を生成しません。 [ 80 ] [ 81 ] [ 82 ] 埋め立て ：PLAは常温で非常にゆっくりと分解され、他のプラスチックと同じくらいゆっくりと分解されるため、埋め立ては最も好ましくない選択肢です。[ 79 ]
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