聚D-乳酸和聚L-乳酸共混体系的研究开题报告

1. 研究目的与意义

聚乳酸具有良好的生物相容性、热力学性能以及机械性能，原料充分，加工方便，有优异的生物降解性，分解过程中不会产生氮氧化物，分解产物不会污染环境，且回收后的聚乳酸还可以用作土壤良剂，是一类新型的绿色可再生高分子材料。聚乳酸在纺织材料、医学工程等各个领域都具有广阔的应用前景，是目前各国高分子材料界研究的热点。

聚乳酸具有聚L-乳酸（PLLA）和聚D-乳酸（PDLA）两种手性结构。立构嵌段聚乳酸（sb-PLA）的分子链由L-嵌段和D-嵌段组成。它形成的立构络合物结晶结构可以使材料力学和热学性能得到提高。sb-PLA通常采用光学活性单体／非手性催化剂的聚合体系进行非手性聚合的方法制备。采用开环聚合工艺时，由L-丙交酯和D-丙交酯分别开环聚合制备低分子量的PLLA和PDLA，PLLA与PDLA再共聚得到sb-PLA。采用缩聚工艺时，由D-乳酸和L-乳酸分别制备低分子量的PLLA和PDLA，再共聚制备sb-PLA。这种方法制得的PLA分子量偏低，需要进一步提高相对分子量才能使其拥有更广泛的应用范围。采用非立构选择性聚合制备PLA时由于需要高纯度的丙交酯，制备过程中需用大量溶剂，而丙交酯产率低，这就造成了环境污染和成本的增加。同时，PLA在聚合过程中存在消旋现象，其分子链的规整度下降，性能降低。制备具有长链的高分子量立构嵌段聚乳酸可提高材料性能，减少污染，降低成本，符合聚乳酸发展的方向。

2. 国内外研究现状分析

近年来，人们广泛关注聚乳酸的立构控制聚合的研究，即以消旋单体为原料，采用手性催化剂，制备plla和pdla。聚乳酸可控聚合目前主要研究以外消旋d,l-丙交酯为原料，采用手性催化剂，开环聚合制备plla、pdla及其共聚物等。d,l-丙交酯开环聚合常用的手性催化剂有金属醇盐类、金属络合物和席夫碱基络合物等。沈之荃等研究了用稀土化合物和卟啉铝为催化剂的立构选择性聚合。spassky研究了使用了席夫碱/烷氧基铝手性催化荆的立构选择性聚合。中国科学院长春应用化学研究所tang等研究了铝/席夫碱基络合物lalet[l=n,n-(2,2-二甲基丙烯)二(3，5一二一特丁基亚水杨基亚胺)]异丙醇铝催化立构选择性聚合。在二丙醇的存在下，该引发剂对反应表现出了很高的选择性，且该反应是一级反应，d,l-丙交酯的转化率与平均分子量间存在着线性关系。英国twente大学的zhong等将以环己基沙仑为配体的异丙醇铝盐的光学活性体或外消旋混合物作为引发剂用于d,l-丙交酯的开环聚合，其中，沙仑基异丙醇铝对d,l-丙交酯的溶液聚合或非溶液聚合都有较好的分子质量可控性和立构选择性；以(r,r)-环己基异丙醇铝作为引发剂引发d,l-丙交酯聚合可产生结晶聚合物；(r,r)-沙仑基异丙醇铝则对l-丙交酯表现出明显的选择性。美国comell大学的ovitt等发现金属络合物(salbinap)mor[络合物-Ⅰ,m=al, r=i-pr;络合物-Ⅱ,m=yt,r=(ch2)₂nme₂]可用于d,l-丙交酯的立构选择性聚合，并通过对Ⅰ催化meso-la的开环聚合的研究，提出了高分子交换机理，来解释rac-Ⅰ催化的聚合物微结构。但是，d,l-丙交酯可控开环聚合所得sb-pla嵌段短，性能差，成本高。采用d,l-乳酸作为原料进行可控聚合，特别是采用直接法熔融缩聚，不仅可以降低原料的成本，也可省去反复结晶、纯化丙交酯的步骤，既降低了溶剂的成本，也减少了对环境的污染。聚乳酸虽然具有优异的性能，但是其高昂的成本使其应用范围主要局限在生物医用材料领域。使用廉价的d,l-乳酸制备立构规整的聚乳酸能扩大其应用范围，促进聚乳酸工业的发展。d,l-乳酸的立构选择性聚合由于发展较晚，目前制得的聚乳酸分子量偏低，反应机理尚待研究，直接法聚合的高效催化体系也有待进一步的研究。国内外尚无d,l-乳酸立构控制缩聚制备sb-pla的报导。

参考文献：

[1] grijpma d w, zondervan g j, pennings a j. high molecular weight copolymers of l-lactide and ε-caprolactone as biodegradable elastomeric implant materials[j]. polym.bull, 1991, 25(3): 327-333.

3. 研究的基本内容与计划

1.采用熔融/固相聚合的方法制得聚d-乳酸（pdla），再将其与聚l-乳酸共混，采用熔融共混法制备共混物

2. 研究原料配比对共混物体系的影响，确定最佳的原料配比

3.研究pla与其它共混组分的相容性、聚乳酸结晶性能、热性能等。

4. 研究创新点

本项目以D-乳酸为原料进行熔融/固相聚合，制备具有聚D-乳酸，并与聚L-乳酸熔融共混制备具有络合结晶结构的PLA共混体系。本项目可提高材料性能，降低污染和成本，拓宽聚乳酸应用领域。本项目具有创新性，符合低碳、环保和可持续发展的国家战略。