丙交酯开环缩聚法合成较高分子量PLLA

论文摘要

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。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 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
• 1H-NMR分析'>4.2.1 LLA和PLLA的¹H-NMR分析
• 13C-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