论文摘要
由于乳酸直接合成聚乳酸的方法具有工艺简单、成本较低等有优点,有利于合成材料的推广,因此近年来受到了普遍的关注。本文主要研究采用固体超强酸催化剂合成分子量相对较高的聚乳酸,并优化其合成工艺以提高分子量,并对聚乳酸改性共聚物PLA-PEG进行了初步的研究。首先,研究了负载稀土氧化物Gd2O3、La2O3、Y2O3、CeO2的固体超强酸SO42-/ZrO2催化剂的制备,采用本体熔融缩聚法考察了各催化剂对乳酸直接合成聚乳酸的催化活性,研究结果表明,负载CeO2的固体超强酸SO42-/ZrO2-CeO2催化活性较高,合成的聚乳酸分子量最高。之后对该催化剂进行4因素3水平的正交实验,得到了催化剂的最优制备工艺,发现当n（Ce）/n（Zr）=0.05,硫酸浸渍浓度为0.8 mol·L-1,催化剂焙烧时间4h,焙烧温度650℃时制得的固体超强酸催化合成聚乳酸的分子量最高。用该制备条件下得到的固体超强酸为催化剂,研究了反应温度、反应时间等条件对聚乳酸分子量的影响,结果表明当反应温度为170℃左右,反应时间为20h时聚乳酸分子量可以达到较高的水平,通过红外光谱对合成的聚乳酸进行特征基团分析,表明得到了纯度较高的聚乳酸。其次,采用负载-浸渍法制备了一系列SO42-/ZrO2-CeO2固体超强酸,并通过FTIR、Hammett指示剂、XRD、NH3-TPD和吸附吡啶的红外光谱对固体超强酸进行了表征,并将该固体超强酸催化剂用于溶剂回流法催化合成聚乳酸,考察了催化剂用量、聚合时间、聚合方法等因素对聚乳酸合成的影响。研究结果表明,当CeO2与ZrO2的摩尔比为1:20,0.8mol/L硫酸浸渍,650℃下焙烧时制备得到的固体超强酸酸强度最大,掺杂的CeO2处于高度分散,增强了固体超强酸的酸强度,合成的聚乳酸的分子量与固体超强酸的酸强度具有很好的相关性,当该催化剂用量为乳酸质量的0.8%,反应时间为30h时,得到了粘均分子量为1.16×104的聚乳酸。最后,采用四种不同路径合成改性聚乳酸材料PLA-PEG,发现当采用丙交酯和PEG作反应单体,两种物质同时加入反应器内反应合成的共聚物分子量最高,并对PLA-PEG的合成工艺进行了研究,通过对共聚物进行红外光谱分析,表明合成的产物发生了共聚,即生成了PLA-PEG共聚物。
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摘要ABSTRACT第一章 文献综述1.1 概述1.2 聚乳酸的性质1.3 聚乳酸的合成1.3.1 聚乳酸直接缩聚法1.3.1.1 本体熔融缩聚法1.3.1.2 熔融缩聚-固相聚合法1.3.1.3 溶液缩聚法1.3.1.4 扩链法合成高分子量聚乳酸1.3.2 聚乳酸开环聚合法1.3.2.1 阳离子聚合1.3.2.2 阴离子聚合1.3.2.3 配位插入聚合1.4 聚乳酸的改性研究1.4.1 聚乳酸的共聚改性1.4.2 聚乳酸的共混改性1.4.3 聚乳酸的复合改性1.4.4 聚乳酸的增塑改性1.5 聚乳酸的用途1.5.1 医用材料1.5.2 包装材料1.5.2.1 聚乳酸薄膜/片材在包装材料的应用1.5.2.2 聚乳酸瓶子的应用1.5.2.3 聚乳酸发泡材料的应用1.5.3 水产、农林资财1.5.3.1 水产方面1.5.3.2 农林方面1.5.4 在胶黏剂中的应用1.6 选题意义和研究内容1.7 文章创新点第二章 实验部分2.1 实验药品2.2 实验设备及仪器2.3 实验部分2.3.1 固体超强酸催化剂的合成42-/ZrO2-MxOy的制备'>2.3.1.1 负载不同稀土氧化物的固体超强酸SO42-/ZrO2-MxOy的制备2.3.1.2 固体超强酸催化剂的表征2.3.2 聚乳酸及其共聚物的合成2.3.2.1 固体超强酸催化的聚乳酸的直接合成2.3.2.2 PLA-PEG共聚物的合成2.3.2.3 聚乳酸及其共聚物性质表征第三章 固体超强酸催化剂熔融缩聚法合成聚乳酸42-/ZrO2对合成聚乳酸的影响'>3.1 负载不同稀土氧化物固体超强酸SO42-/ZrO2对合成聚乳酸的影响3.2 固体超强酸酸强度及酸量表征42-/ZrO2-CeO2催化剂正交实验及结果分析'>3.3 SO42-/ZrO2-CeO2催化剂正交实验及结果分析3.3.1 正交实验因素水平表3.3.2 正交实验及实验结果分析3.3.3 趋势分析3.3.4 验证实验3.4 本体熔融法直接合成聚乳酸3.4.1 反应温度对聚乳酸分子量的影响3.4.2 反应时间对聚乳酸分子量的影响3.4.3 聚乳酸的光学性质3.4.3.1 红外光谱3.4.3.2 紫外线吸收性3.4.4 乳酸直接合成聚乳酸的引发机制初探3.5 本章小结42-/ZrO2-CeO2固体超强酸溶剂回流法催化合成聚乳酸'>第四章 SO42-/ZrO2-CeO2固体超强酸溶剂回流法催化合成聚乳酸4.1 不同制备条件下催化剂的红外谱图2含量固体超强酸的红外谱图分析'>4.1.1 不同CeO2含量固体超强酸的红外谱图分析4.1.2 不同硫酸浸渍浓度下固体超强酸的红外谱图分析4.1.3 不同焙烧温度下固体超强酸的红外分析4.2 XRD分析催化剂晶体结构4.3 制备条件对固体超强酸酸强度的影响4.3.1 焙烧温度对酸强度的影响4.3.2 酸浸渍浓度对固体超强酸酸强度的影响2含量对酸强度的影响'>4.3.3 不同CeO2含量对酸强度的影响4.3.4 不同条件制备的固体超强酸对聚乳酸合成的影响4.4 固体超强酸吸附吡啶的FT-IR分析42-/ZrO2-CeO2固体超强酸催化剂的NH3-TPD谱图'>4.5 SO42-/ZrO2-CeO2固体超强酸催化剂的NH3-TPD谱图2对固体超强酸酸性的影响'>4.5.1 负载CeO2对固体超强酸酸性的影响4.5.2 焙烧温度对固体超强酸酸性的影响4.6 溶剂回流法合成聚乳酸4.6.1 不同溶剂对聚乳酸分子量的影响4.6.2 反应温度的控制4.6.3 反应时间对聚乳酸分子量的影响4.6.4 不同聚合方法对聚乳酸分子量的影响4.6.5 催化剂用量对聚乳酸分子量的影响4.7 本章小节第五章 PLA-PEG共聚物的合成5.1 PLA-PEG的不同合成路径对产物的影响5.2 PLA-PEG改性共聚物的合成工艺5.2.1 原料丙交酯性质分析5.2.2 合成条件对共聚物的影响5.2.2.1 PEG分子量对共聚物的影响5.2.2.2 反应时间对共聚物的影响5.2.2.3 反应温度对共聚物的影响5.3 共聚物红外谱图分析5.4 本章小节第六章 结论与展望6.1 结论6.2 展望致谢参考文献攻读学位期间的研究成果
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