1 背景
携带极性主链酯键的聚酯在各种应用中表现出独特的材料特性，因此在当今的塑料经济中发挥着重要作用。预计它们将在未来以可持续性为重点的循环塑料经济中发挥更大的作用，这要归功于其生物基结构单元的丰富可用性以及可以通过多种方法按需进行化学或生物裂解的主链酯键的存在，从而带来更理想的报废塑料废物管理选择。由于这种潜力和前景，已经开展了大量的研究活动，旨在解决现有传统聚酯的回收、升级再造或生物降解问题，设计其生物可再生替代品，并重新设计具有内在化学可回收性和定制性能的未来聚酯，可以与当今的石油基和/或难以回收的商用塑料相媲美。
图1【1】 部分传统聚酯材料
以传统聚酯中的聚乳酸（PLA）为例，其是最知名的商业化脂肪族聚酯，已被广泛应用于医疗器械、3D打印丝材、一次性产品和农业应用等多个行业。PLA是从玉米或甜菜等生物可再生资源中生物衍生的，并且可工业堆肥，因此更可持续地成为聚酯。研究表明，PLA可通过酒精化、水解和化学分解进行化学回收。
2 合成方法
高分子量聚乳酸（数均摩尔质量> 100 kDa）可通过丙交酯（LA）的开环聚合（ROP）合成，丙交酯是乳酸的环状二聚体，它由某些碳水化合物经生物发酵得到的乳酸通过直接缩聚法（SGP）制备低摩尔质量聚乳酸，再经催化解聚而得。
聚乳酸材料可以多种形式存在。最常见的聚乳酸形式是由相应的对映体纯 (S,S)-L-丙交酯或 (S)-L-乳酸合成，或通过外消旋丙交酯（rac - LA）在不发生酯交换的情况下进行立构选择性聚合得到的对映体纯聚L-乳酸（PLLA）。聚D-乳酸（PDLA）也可由 (R,R)-D-丙交酯或 (R)-D-乳酸合成。PLLA和PDLA均为等规聚合物，具有高达180 °C的高熔点和约65 °C的高于室温的玻璃化转变温度，使其成为玻璃态材料。从力学性能来看，PLLA是一种坚硬且强度高的材料，弹性模量E≈3.0 GPa，极限强度约为50 MPa，但它非常脆，断裂伸长率仅约为1~8%。 研究表明，对映体聚乳酸链PLLA和PDLA按1:1混合可形成立构复合物，该复合物具有更高的熔点，可达230 °C。
图2【1】 各类聚乳酸材料合成方法概述
3 生物循环利用
生物回收利用微生物或酶类过程来分解可生物降解的塑料。鉴于蛋白质工程方面的进展以及蛋白质产量的扩大，酶驱动的定制塑料解聚技术正受到越来越多的关注。这种回收策略具有若干显著优势，因为它在温和的温度和压力条件下运行，因此所需的能量比机械和化学回收方式要少。此外，它还提供了回收原始单体的机会，这些单体可以重新聚合形成具有原始质量的新塑料材料，或者转化为其他有价值的化合物。
生物回收已被应用于聚乳酸（PLA）。使用一种酶将聚左旋乳酸分解为光学活性的左旋乳酸。采用相对较低的温度（40°C）和较短的解聚时间（8 小时）来将 2000 毫克/升的 PLA 用 20 毫克/升的酶分解为 600 毫克/升的左旋乳酸，然后可以将其重新聚合为聚左旋乳酸，从而展示了一种闭环的生物回收路线。其他生物途径已在其他地方进行了详尽的论述。酶促回收途径可分为蛋白酶、脂肪酶或角质酶等类型。利用属于蛋白酶类的嗜热菌对聚乳酸（PLA）进行降解，已证明在中等温度（≤ 70°C）和中性至碱性条件下，这种生物回收方式是有效的。嗜热菌是用于降解 PLA 的微生物中的大多数种类，但细菌和真菌也已被证明是有效的。
生物学为回收生物塑料（尤其是 PLA）提供了一种强大的手段。由于目前生物回收方法的成本较高且回收率不佳，与其他回收方法相比，尚未实现大规模的 PLA 回收过程。继续研究以克服生物回收途径的成本和回收率问题，可能会带来更高效的回收流程，以回收 l-乳酸或 l-乳酸单体，用于重新聚合为 PLLA。
图3 聚乳酸的生物回收
4 总结与展望
循环再生聚酯是助力双碳目标、破解塑料污染的环保材料中坚力量，以聚乳酸（PLA）这一典型代表来看，它以玉米、秸秆等可再生生物质为原料，摆脱对石油基资源的依赖，从源头降低化石能源消耗与碳排放，废弃后可在堆肥条件下完全降解为二氧化碳和水，无残留污染且产物能参与自然碳循环，真正实现 “从自然中来，到自然中去” 的环保闭环，同时其具备与传统石油基聚酯相近的力学强度、耐热性和加工流动性，可通过挤出、注塑、纺丝等常规工艺加工，广泛应用于纺织面料、包装薄膜、一次性餐具等日常场景，经改性后还能拓展至生物医药、3D 打印、汽车内饰等高附加值领域，良好的生物相容性更让其在医用缝合线、可降解支架等领域独具优势，现阶段聚乳酸制备技术已实现规模化突破，从原料发酵、聚合到成型加工的全产业链逐步完善，生产成本逐年下降，改性技术也通过共混、共聚、填充等方式有效弥补了其耐热性、韧性不足的短板，进一步提升适配性与替代能力，未来随着政策扶持加码、循环经济理念深化及技术持续迭代，聚乳酸不仅会持续夯实循环再生聚酯的产业化应用根基，还将带动更多生物质基、化学回收型循环再生聚酯品类升级，推动环保材料从单一替代走向全场景覆盖，为构建绿色低碳的材料体系筑牢中坚力量。
参考文献
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