丙交酯开环缩聚法合成较高分子量PLLA

摘要

聚乳酸是一种脂肪族聚酯，可用作环境友好的可降解材料，是众所周知的具备良好生物相容性、生物降解能力和机械强度的材料。它被认为是用途最广泛的生物材料之一，而且越来越多的被应用在临时性生物医用材料、农业和包装业等各个方面。它的原材料乳酸主要是通过发酵制得的，聚乳酸可与性能优良的塑料相媲美。这种材料使用后能在自然界中直接降解成水和二氧化碳，因此可避免“白色污染”。近些年来，人们对环境保护的呼声越来越高，聚乳酸应运而生，这种材料将会拥有更加广阔的应用前景。
　　 通常聚乳酸可采取直接缩聚法和丙交酯开环聚合法制得。直接缩聚法一般被认为不能合成高分子量的聚乳酸，因为体系中游离的酸、水、聚酯和生成的丙交酯之间存在一种平衡，抑制了制备高分子量聚乳酸反应的进行。高分子量聚乳酸通常采用丙交酯开环聚合的方法制备，但是传统的制备方法有着反应时间长、工艺复杂和耗能高等缺点，而微波辐射合成聚乳酸可简化反应过程，降低反应能耗。
　　 本文采用丙交酯开环缩聚法，分别以油浴和微波辐射为热源，以辛酸亚锡(Sn(Oct)2)为催化剂。分别考察了催化剂用量、反应温度、反应时间、真空度、微波功率和粘均分子量等对聚左旋乳酸(PLLA)的影响，并且利用傅立叶变换红外光谱仪、核磁共振谱仪的氢谱和碳谱、旋光仪、偏光显微镜、差示扫描量热仪、热重分析仪、乌氏粘度计和凝胶渗透色谱等对左旋丙交酯(LLA)和PLLA的性能进行了分析测试。实验结果表明：自制高收率(总产率为55％)LLA经过3次重结晶后，熔点可达到97℃左右，光学纯度可达99％以上。聚乳酸合成的较佳工艺条件为：以微波辐射为热源，聚合真空度控制在500Pa左右，单体LLA加入量为3g时，催化剂用量为所占单体质量分数的0.26％、辐射温度控制在120℃、辐射时间为60min、辐射功率为30W时可得到粘均分子量为23.08×104左右的PLLA。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1课题研究的背景

1.1.1常规高分子材料存在的问题

1.1.2可降解高分子材料简介

1.2生物降解高分子材料的发展概况

1.2.1生物降解高分子材料的发展现状

1.2.2生物降解高分子材料的发展方向

1.2.3聚乳酸的国内外发展概况

1.3乳酸及其聚合物

1.3.1乳酸

1.3.2丙交酯

1.3.3聚乳酸

1.4聚乳酸的聚合机理

1.4.1直接法制备聚乳酸

1.4.2间接法制备聚乳酸

1.5聚乳酸的应用

1.5.1生物医学应用

1.5.2生态学应用

1.6微波加热的原理与特点

1.6.1微波加热的原理

1.6.2微波加热的优点

1.7微波技术在聚合反应中的应用

1.8本课题的主要研究内容

第2章实验部分

2.1实验试剂与仪器

2.1.1实验试剂

2.1.2实验仪器

2.2实验方案设计

2.2.1试验方法

2.2.2实验路线设计

2.3实验的具体步骤

2.3.1乳酸纯度的测定

2.3.2 LLA的制备

2.3.3 LLA的纯化

2.3.4 LLA的分析测试

2.3.5催化剂的研究

2.3.6合成PLLA催化剂的配置

2.3.7 PLLA聚合工艺的研究

2.3.8 PLLA的传统聚合工艺

2.3.9 PLLA的微波辐射聚合工艺

2.3.10 PLLA的分析测试

2.4本章小结

第3章实验条件优化

3.1 LLA精制的研究

3.2聚乳酸合成工艺条件优化研究

3.2.1正交优化传统聚合工艺

3.2.2传统法的最佳实验条件

3.2.3聚合时间对传统聚合工艺的影响

3.2.4聚合温度对传统聚合工艺的影响

3.2.5催化剂用量对传统聚合工艺的影响

3.2.6聚合真空度对传统聚合工艺的影响

3.2.7正交优化微波辐射合成实验

3.2.8微波辐射法的最佳实验条件

3.2.9催化剂用量对微波辐射工艺的影响

3.2.10功率对微波辐射工艺的影响

3.2.11其他因素对微波辐射工艺的影响

3.2.12 PLLA分子量与产率的关系

3.3本章小结

第4章产物的结构表征与性能分析

4.1红外光谱分析

4.1.1 LLA的FT-IR分析

4.1.2 PLLA的FT-IR分析

4.2核磁共振谱分析

4.2.1 LLA和PLLA的1H-NMR分析

4.2.2 LLA和PLLA的13C-NMR分析

4.3 LLA的旋光分析

4.4偏光显微镜分析

4.4.1 LLA的显微镜分析

4.4.2 PLLA的偏光显微镜分析

4.5产物的热性能分析

4.5.1产物的DSC测试

4.5.2产物的TGA测试

4.6 PLLA分子量的测定

4.7本章小结

结论

参考文献

攻读硕士期间发表的论文和取得的科研成果

致谢