丙交酯开环聚合制备聚乳酸的工艺研究

摘要

聚乳酸(PLA)是一种可完全降解、对环境友好的脂肪族聚酯类高分子材料，其制品在使用完后能在微生物、水、酸、碱等作用下完全分解，最终产物是CO2和H2O，对环境无毒无害。聚乳酸是一种热颦性聚合物，具有良好的加工及应用性能。因此，聚乳酸的应用前景十分广阔，开展聚乳酸的研究具有重要的经济效益和社会效益。 本文研究了间接法合成聚乳酸，即丙交酯的合成和丙交酯的开环聚合。 以乳酸为原料制备了丙交酯。利用内消旋丙交酯在水中水解的速度大于其它丙交酯的特点，用水洗和四次重结晶相结合的提纯方法，获得了高纯的L-丙交酯。同单一的重结晶方法相比，水洗提纯法提高了丙交酯回收率，减少了有机溶剂使用量，同时也简化了操作。 以辛酸亚锡(Sn(Oct)2)为催化剂，将丙交酯开环聚合合成了聚乳酸。通过红外光谱分析、核磁共振测定了聚乳酸的结构，通过粘度法和凝胶渗透色谱法(GPC)测定了聚乳酸的分子量。研究了催化剂用量、聚合温度、聚合时间与聚乳酸分子量的关系，并考察了丙交酯纯度及反应压力对聚乳酸分子量的影响。结果表明，通过控制聚合反应条件可获得分子量较高的聚乳酸。适宜的工艺条件是催化剂与单体摩尔比为1:4000，聚合温度为150℃，聚合时间为35h，获得的聚合物最高粘均分子量为17万。 本文还首次研究对比了几种常用复合抗氧剂对聚合反应和分子量的影响。发现复合抗氧剂的加入有利于聚合物分子量的提高，并可明显改善聚合产物色泽。同时，抗氧剂的加入也保证了高分子聚合物能够顺利地进行后续加工，并延长其最终产品的使用寿命，即有效地延缓高分子材料的老化。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章文献综述

1.1聚乳酸概述

1.2聚乳酸的微观结构及其性能

1.3聚乳酸材料的应用

1.3.1生物医学领域

1.3.2日常生活领域

1.4聚乳酸的合成方法

1.4.1乳酸直接聚合

1.4.2丙交酯开环聚合

1.4.3共聚法

1.4.4直接—固相聚合法

1.4.5扩链法

1.5聚乳酸的合成工艺

1.6聚乳酸的研究进展

1.7本文工作的提出

1.7.1论文研究的目的和意义

1.7.2论文研究的主要内容

第二章L-丙交酯的合成与表征

2.1实验部分

2.1.1实验药品

2.1.2实验仪器

2.1.3实验装置

2.1.4实验流程

2.1.5实验过程

2.2 L-丙交酯的提纯

2.2.1 L-丙交酯的水洗提纯

2.2.2 L-丙交酯的提纯过程

2.2.3 L-丙交酯纯度的影响因素

2.3 L-丙交酯的表征

2.3.1红外光谱分析(IR)

2.3.2热分析(DSC)

2.4本章小结

第三章L-聚乳酸的合成与表征

3.1 L-聚乳酸的合成

3.1.1实验药品

3.1.2实验仪器

3.1.3实验原理

3.1.4实验过程

3.2表征方法

3.2.1红外光谱分析(IR)

3.2.2核磁共振分析(1H-NMR)

3.2.3热分析(DSC)

3.2.4分子量表征

3.3讨论与分析

3.3.1丙交酯纯度的影响

3.3.2反应温度的影响

3.3.3催化剂用量的影响

3.3.4反应时间的影响

3.3.5反应压力的影响

3.3.6其它因素的影响

3.4本章小结

第四章抗氧剂对聚乳酸制备过程的影响

4.1抗氧剂的抗氧化机理

4.1.1聚合物的自氧化机理

4.1.2抗氧剂作用机理

4.2抗氧剂的选择

4.3复合抗氧剂的调配

4.3.1复合抗氧剂组分

4.3.2抗氧剂性质及用途

4.3.3复合抗氧剂配制

4.4实验步骤

4.5分析与讨论

4.6本章小结

第五章结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致 谢