聚乳酸材料醇解反应回收乳酸烷基酯研究

摘要

本文研究了不同种类的催化剂对PLA醇解反应的影响，考察了反应温度、反应时间、催化剂用量和醇用量对PLA醇解反应的影响。结果表明，氯化铁(FeCl3)为较佳的醇解PLA反应的催化剂，较佳的反应条件为:反应温度130℃、反应时间4.0 h、n(FeCl3)∶n(PLA)=0.01∶1、n（醇）∶n(PLA)=5∶1。在上述较佳反应条件下，分别考察了甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇及正丁醇对PLA醇解反应的影响，结果如下:PLA的转化率分别可达96.1％、95.3％、94.7％、85.1％和92.9％，相应的乳酸烷基酯收率分别可达87.2％、85.8％、84.6％、77.5％和81.9％。通过FT-IR红外光谱法对醇解PLA产物的结构进行了表征。对甲醇醇解PLA反应中，FeCl3的回用性能进行了考察，发现FeCl3重复回收利用6次后，PLA的转化率及乳酸甲酯的收率没有明显的下降。对FeCl3催化甲醇醇解PLA反应的动力学进行了考察，结果表明，该反应为一级反应，反应活化能为32.41 kJ/mol。对PLA醇解反应的机理进行了阐述。
　　另外，在上述基础上设计合成了一系列不同FeCl3摩尔分数的离子液体[Bmim]Cl-FeCl3，并将离子液体用于醇解PLA反应。考察了离子液体酸性、反应温度、反应时间、离子液体用量和醇用量对醇解PLA反应的影响。结果表明，FeCl3的表观摩尔分数为0.67的离子液体[Bmim]Cl-FeCl3为较佳的催化剂，较佳的反应条件为:反应温度120℃、反应时间3.0 h、n([Bmim]Cl-FeCl3)∶n(PLA)=0.0025∶1、n（醇）∶n(PLA)=5∶1。在上述较佳反应条件下，分别考察了甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇及正丁醇对PLA醇解反应的影响，结果如下:PLA的转化率分别可达99.3％、98.4％、96.2％、88.1％和94.9％，相应的乳酸烷基酯收率分别可达94.6％、91.9％、90.6％、80.3％和88.4％。利用FT-IR红外光谱法对醇解产物的结构进行了表征。对甲醇醇解PLA反应中，离子液体[Bmim]Cl-FeCl3的回用性能进行了考察，发现[Bmim]Cl-FeCl3重复回收利用6次后，PLA的转化率及乳酸甲酯的收率没有明显的下降。对[Bmim]Cl-FeCl3催化甲醇醇解PLA反应的动力学进行了考察，结果表明，该反应为一级反应，反应活化能为21.28 kJ/mol。对PLA醇解反应的机理进行了阐述。
　　离子液体[Bmim]Cl-FeCl3作为一种功能化的离子液体，兼顾了路易斯酸FeCl3和离子液体特有的优点，在催化醇解PLA反应时有着较好的低温催化活性，使得PLA醇解反应条件更温和，催化剂用量少、反应时间较短、选择性好、产品收率高。

目录

摘要

1 文献综述

1．1 聚乳酸概述

1．1．1 聚乳酸的合成

1．1．2 聚乳酸的应用

1．1．3 聚乳酸的化学解聚研究进展

1．2 离子液体的研究背景

1．2．1 离子液体概述

1．2．2 功能化离子液体

1．3 课题的研究意义与内容

1．3．1 课题的意义

1．3．2 课题的研究内容

2 PLA在FeCl3催化下的醇解反应研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验试剂与仪器

2．2．2 反应原理

2．2．3 实验步骤

2．2．4 产品的结构表征

2．3 实验结果与讨论

2．3．1 不同催化剂对醇解PLA的影响

2．3．2 PLA在FeCl3催化下的醇解的工艺条件的优化

2．3．3 在较佳反应条件下的重复实验

2．3．4 不同醇对醇解PLA反应的影响

2．3．5 催化剂FeCl3的重复使用性能考察

2．3．6 PLA醇解产品的结构表征

2．3．7 PLA在FeCl3催化下的醇解机理探索

2．3．8 PLA在FeCl3催化下的甲醇醇解动力学考察

2．4 本章小结

3 PLA在离子液体[Bmim]Cl-FeCl3催化下的醇解反应研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验试剂与仪器

3．2．2 离子液体的合成

3．2．3 反应原理

3．2．4 实验步骤

3．2．5 产品的结构表征

3．3 实验结果与讨论

3．3．1 不同FeCl3摩尔分数的离子液体对醇解PLA的影响

3．3．2 离子液体[Bmim]Cl-FeCl3与[Bmim]Cl、FeCl3的对比

3．3．3 PLA在[Bmim]Cl-FeCl3催化下的醇解工艺条件的优化

3．3．4 在较佳反应条件下的重复实验

3．3．5 不同醇对PLA的醇解反应的影响

3．3．6 离子液体[Bmim]Cl-FeCl3的回用性能考察

3．3．7 产品的结构表征

3．3．8 PLA在[Bmim]Cl-FeCl3催化下的醇解反应机理探索

3．3．9 PLA在[Bmim]Cl-FeCl3催化下的甲醇醇解反应动力学考察

3．4 本章小结

结论

参考文献

附录

致谢

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