新一代聚乳酸材料制备技术

<正>产品和技术简介:聚乳酸(PLA)是第一个商业化的生物塑料。构成聚乳酸的碳100%来自可再生生物质资源。生产聚乳酸的现行工艺由两段组成,首先从碳水化合物发酵制得乳酸,接着将乳酸脱水得到丙交酯(乳酸的二聚体)、丙交酯开环聚合得到聚乳酸(聚丙交酯)。乳酸发酵生产和丙交酯生产已经有成熟可靠的工艺。     

新型环境友好材料聚乳酸合成工艺研究

以工业乳酸为原料,采用开环聚合法对聚乳酸合成工艺进行系统研究,对传统工艺中的催化剂及投加方式作了改进。在丙交酯合成工艺中,采用ZnO/La2O3作催化剂并分2次顺序加入,明显提高了丙交酯的产率(达52%);在丙交酯开环聚合工艺中,采用辛酸亚锡甲苯溶液作催化剂,在反应温度为130—180℃,反应时间8h,体系真空度控制在0.098MPa的条件下,制备出聚乳酸的分子质量达到2.4×104g/mol,优于文献报道。     

聚乳酸的间接合成研究

以D,L乳酸为原料、ZnO为催化剂,制备中间体丙交酯;再以丙交酯为原料、ZnO为催化剂,开环制得了较高相对分子质量的聚乳酸。用红外光谱仪(IR)对丙交酯及聚乳酸进行了表征,并讨论了影响丙交酯产率、聚乳酸相对分子质量的主要因素。得出在压力1.7×104Pa、催化剂质量分数为2.2%的条件下,两步脱水后制得的丙交酯经多次纯化后,其最大产率可达31%。在压力1.7×104Pa、催化剂质量分数0.06%时,可得到相对分子质量为1.1×105的聚乳酸。     

丙交酯及聚乳酸的合成条件研究

以D, L-乳酸为单体、氧化锌为催化剂,使乳酸先缩聚后解聚制备了D, L-丙交酯;再以辛酸亚锡为催化剂,使丙交酯单体开环本体聚合制备了聚乳酸.考察了乳酸脱水温度、氧化锌用量对丙交酯收率的影响;考察了聚合温度、辛酸亚锡用量对聚乳酸相对分子质量的影响;用红外光谱(IR)、核磁共振光谱( 1H-NMR)对丙交酯及聚乳酸的结构进行了表征.结果表明,乳酸在130℃、氧化锌质量分数为1.3%时,仅用3h就可制得丙交酯,且其收率大于24%;丙交酯聚合时,当n(单体)/n(辛酸亚锡)＝ 5000、聚合温度在160℃时,常压聚合5h即可得到粘均分子质量为6.3×104的聚乳酸;IR、 1H-NMR测试结果表明环状丙交酯在辛酸亚锡催化剂作用下发生了开环反应.聚乳酸在氢氧化钠水溶液中降解实验表明,聚乳酸具有很好的降解性,在碱溶液中降解速度较快.     

乙酰丙酮钯催化丙交酯聚合及丙交酯-己内酯共聚合研究

丙交酯由乳酸二聚脱水再减压蒸馏而得。以丙交酯或一定配比的丙交酯-己内酯共混物为单体,采用乙酰丙酮钯催化丙交酯的聚合或丙交酯-己内酯的共聚合。研究结果表明:当m(催化剂)∶m(单体)=0.010∶1、聚合时间为15 h和聚合温度为140~℃时,丙交酯的聚合效果相对最佳;此时,聚合转化率(为98.4%)相对最大、聚乳酸的Mη(黏均相对分子质量)(为2.178×104)较适宜且分散度为2.45。当m(催化剂)∶m(单体)=0.010∶1、聚合时间为15 h、聚合温度为140℃和m(丙交酯)∶m(己内酯)=3∶2[即n(丙交酯)∶n(己内酯)=1.19∶1]时,丙交酯-己内酯的共聚合效果相对最佳;此时,转化率(为99.2%)相对最大、聚乳酸的Mη(为4.688×104)较适宜且分散度为2.19,并且共聚物中n(丙交酯)∶n(己内酯)=0.92∶1与共聚前的单体配比(1.19∶1)相近。     

聚乳酸中间体——丙交酯制备工艺

研究了间接法合成聚乳酸用的中间体丙交酯的制备工艺。以工业D,L-乳酸(lacticacid)为原料,丙交酯粗产物的收率为考查指标,通过正交实验得到了最佳制备工艺条件为:以4%(v/v)的辛酸亚锡为催化剂,脱水温度为180℃,解聚温度为285℃,得到粗产物收率为72.4%。粗品丙交酯1次重结晶后收率为59.3%,熔点为95.0～96.2℃;5次重结晶后总收率为50.7%,熔点为125.2～126.5℃。同时采用FTIR与1HNMR对产物进行了结构表征。     

聚乳酸的热性能研究

通过差示扫描量热仪对聚乳酸的热性能进行了表征研究。聚乳酸的玻璃化转变温度(T)g与丙交酯组成相关,随着L-丙交酯(质量分数)由50%提高到100%,聚合物的Tg从48.03℃跃升至62.18℃。在玻璃化转变区域,Δc_P值在一个很窄的范围内[0.571～0.602 J(/g·℃)],单体组成对其影响不大。当D-丙交酯的含量高于20%时,聚合物为无定形态,无结晶熔融温度(T_m)。当D-丙交酯含量小于10%时,聚合物有一定程度的结晶,T_m随着L-丙交酯含量的增加而升高,焓的变化趋势与T_m相同。     

丙交酯精制工艺研究进展

丙交酯是合成高分子量聚乳酸的中间原料,其化学纯度决定聚乳酸的分子量及分子量分布,光学纯度影响聚乳酸材料的力学性能,丙交酯提纯精制是两步法聚乳酸合成中非常重要的一步。本文对丙交酯提纯最常用的方法:溶剂结晶法、蒸馏法、水萃法、熔融结晶法及耦合法逐一进行了阐述,并详细分析了各种方法的优缺点,展望了各种丙交酯精制工艺的工业应用前景,认为熔融结晶法与其它方法的耦合技术将是丙交酯最有发展前途的绿色提纯工艺。     

乳酸合成丙交酯的研究现状

聚乳酸是目前应用最为广泛的可降解材料之一,丙交酯是由乳酸制备聚乳酸的中间体,其产率偏低是制约聚乳酸大规模应用的关键。对乳酸合成丙交酯近20年来的现状作了比较全面的回顾,包括乳酸合成丙交酯的主要方法、工艺及影响丙交酯产率的主要因素。进而提出了提高丙交酯产率应采取的相应措施。     

聚乳酸改性糯玉米淀粉的制备及表征

以糯玉米淀粉为原料、异辛酸亚锡为催化剂,在丙交酯熔融体系中制备了聚乳酸改性糯玉米淀粉。建立了聚乳酸改性糯玉米淀粉取代度的1HNMR测试方法,以取代度为响应值,反应时间、反应温度、丙交酯添加量为考察因素,通过单因素和响应面实验优化了聚乳酸改性糯玉米淀粉的合成工艺,得到最优工艺为：反应时间12.46 h,反应温度111.75℃,丙交酯添加量为淀粉质量的258%,预测最大取代度为0.0253,通过实际操作条件调整后实际取代度为0.0238。对最优条件下制备的聚乳酸改性淀粉进行了系列表征,证实聚乳酸改性糯玉米淀粉的颗粒结构没有被完全破坏,晶型、相对分子质量等性能优于溶剂法传统技术制备的聚乳酸改性糯玉米淀粉。