嵌段聚D,L-乳酸的制备开题报告

1. 研究目的与意义

聚乳酸(Polylacticacid,PLA)在自然界并不存在,一般通过人工合成制得,作为原料的乳酸则是由发酵而来。聚乳酸属合成直链脂肪族聚酯,通过乳酸环化二聚物的化学聚合或乳酸的直接聚合可以得到高相对分子量的聚乳酸。聚乳酸具有很好的生物降解性能,同时也具有良好的生物相容性和生物可吸收性,在降解后不会遗留任何环保问题,在医用领域己被认为是最有前途的可降解高分子材料,因而对它的研究开发极为活跃。

本论文以D,L-乳酸为原料，采用立构选择性催化剂，熔融聚合制备嵌段聚D,L-乳酸，从而提高聚乳酸材料性能，降低其成本。

2. 国内外研究现状分析

聚乳酸(pla)是以微生物发酵产物乳酸为单体化学合成的一类聚合物。聚乳酸的合成研究始于50年代,多是由乳酸直接脱水聚合得到低相对分子质量的聚乳酸,60年代末至80年代,集中在研究通过丙交酯间接合成高分子量的聚乳酸,80年代末到90年代初,经过改进聚合工艺和大量研究共聚改性技术,使聚乳酸的性能得到进一步提高和完善,并且其应用领域也迅速扩大。

聚乳酸的合成目前有直接法和间接法，在早期直接法合成的聚乳酸相对分子质量都不大于4000,强度极低,易分解,无实用性。近年日本研究者开发了新的直接聚合法,能制得重均分子量为30万的聚乳酸,可满足一般应用的需求。日本昭和高分子公司采用将乳酸在惰性气体中慢慢加热升温并缓慢减压可使乳酸直接脱水缩合,并使反应物在220~260℃,133pa下进一步缩聚,可得到相对分子质量4000以上的聚乳酸。但该法有反应时间长,产物在后期高温下会老化分解变色且不均匀的缺点。日本三井东压化学公司采用溶液聚合法使乳酸直接聚合得到聚乳酸,日本还拥有多项制造无催化剂的高分子聚乳酸的专利技术。kimnra等用熔融缩聚的方法,采用二水合氯化锡和甲苯磺酸二元催化体系,分三步制备聚乳酸,分子量达到了50万。

通过d,l-乳酸制备聚乳酸时，发现聚乳酸低聚物解聚温度在200℃以上,在解聚过程中因氧化和其它副反应发生,会导致产物变色和焦化,严重影响了丙交酯的产率和纯度,这也是聚乳酸制品价格昂贵的一个主要原因。所以自20世纪70年代聚乳酸在药物制剂和外科方面显现出巨大的应用潜力以来,许多研究都集中在如何降低变色和焦化反应程度、提高丙交酯的产率上。广西大学的苏涛和李曹文、日本的okuyama、ogakiuchi和kawamooto等通过减压(在压力低于反应温度的丙交酯的蒸汽压下)将反应生成的丙交酯蒸出。这样,一方面可使聚乳酸低聚物解聚平衡朝着有利于解聚的方向进行,同时更重要的是可以减少反应器中的氧气含量,从而减少氧化变色和焦化。虽然如此,但氧化变色和焦化的程度仍较严重,而且能耗大,产率一般为20%一30%。为克服这些缺点,okuyama、ogakiuehi和kawamoto等对上述方法进行了改进,他们在减压的同时向反应器中通入气化溶剂如气化甲苯、蒸汽,bhati护21等向反应器中通入n2,企图借助这些快速流动的惰性气体(不与反应混合物反应的气体)迅速将生成的丙交酯带出反应器,以减少丙交酯在高温反应器中的停留时间,从而减少副反应的发生,同时,由于反应器中的氧气几乎全被这些气体取代,从而避免了因氧化引起的变色和焦化,这在较大程度上提高了丙交酯的产率和纯度,但由于整个反应系统是密闭的,惰性气体不易从产物中除去并回收利用,而且以气化溶剂或蒸汽为惰性气体时,丙交酯中会残留较多的溶剂或水,这使丙交酯的精制变得更复杂。重庆大学的王远亮等从优化脱水时间、脱水温度、解聚时间、解聚温度入手制得产率达45.3%、纯度为99.52%的高纯度丙交酯,并提出了向反应体系中加入比丙交酯沸点低且可互溶的惰性溶剂,使丙交酯随较低沸点的溶剂一起被蒸出,同时再向反应体系中加入高沸点惰性溶剂,避免反应体系粘稠而导致高温炭化的思路。

3. 研究的基本内容与计划

1、丙交酯合成工艺条件的控制及其产率的影响因素

原料的选择、合成方法的确定、反应设备的配置、合成条件的控制等都会影响丙交酯的产率。

2、重结晶对丙交酯收率和熔点的影响

4. 研究创新点

在丙交酯的合成方法研究中,目前大多数都集中在合成工艺的改进和原料的改变上。但从现有的工艺改进和原料改变效果来看,不管是减压分离丙交酯、借助气体分离丙交酯还是改变原料制备丙交酯,其丙交酯的合成温度都在200℃~280℃之间,在这样高的温度条件下,诸如氧化、焦化以及丙交酯的聚合等副反应都再所难免,这就造成了聚乳酸低产率、高能耗、高成本的局面。本课题改变实验装置，设置两个冷陷阱，有效解决真空管接处堵塞问题，提高产率。