聚乳酸选择性聚合的研究开题报告

1. 研究目的与意义

具有聚L-乳酸( PLLA)和聚D-乳酸( PDLA )两种光学异构体的聚乳酸( PLA )是重要的可生物降解材料^{[ 1]} ,而消旋的聚D, L-乳酸( PDLLA)分子链含有等摩尔的L-型和D-型结构单元。PLA 的微结构对其性能有决定性的影响。目前, 光学活性的PLA主要通过光学活性单体/非手性的催化剂体系制备^{[ 2]} , 但光学活性单体的制备需要消耗大量溶剂, 造成环境污染, 成本高, 且所得的PLA 仍然含有少量的消旋结构, 导致性能下降。而立构选择性聚合则以非光学活性单体/手性催化剂体系制备PLA, 可以克服这些不足。该领域的研究目前主要集中在外消旋丙交酯的开环聚合领域,以D, L-乳酸为原料, 熔融缩聚制备光学活性的聚乳酸, 可以更有效地降低PLA的成本。目前, 已有对L-乳酸和D, L-乳酸熔融缩聚的PLA 立构选择性的研究^{[ 3- 6]} 。聚合物的立构可控性受电子效应和空间位阻效应影响 , 萘二磺酸(NDA )基团具有更大的电子效应和空间位阻效应。采用NDA 与辛酸亚锡组成催化剂体系, 以D, L-乳酸为原料, 熔融缩聚合成聚乳酸, 探讨反应时间对聚乳酸微结构的影响。

2. 国内外研究现状分析

近年来，由于高分子工业的迅速发展，大量难以自然分解的聚合物生活垃圾和工业废弃物等所导致的环境污染问题引起了广泛关注，国内外越来越重视寻求可生物降解的环境友好高分子材料，以取代现有的不可降解的高分子材料。其中，聚乳酸(PLA)是一类重要的可生物降解的脂肪族聚酯。聚乳酸的最终产品和其它天然材料(如丝、棉、羊毛、大麻、黄麻等)一样是可以生物降解的。在高温和潮湿的条件下，特别是堆肥处理环境下，PLA产品将会完全降解成CO2和H2O，不会造成新的环境污染。

聚乳酸具有优异的力学性能和生物降解性能，除用于医学工程领域外，它在纺织材料、塑料和涂料等领域也具有广阔的应用前景。聚乳酸薄膜可以取代现用的农用薄膜，解决农业的白色污染问题。聚乳酸织物性能优于现有的合成纤维。聚乳酸对人体无毒无害，适合加工成各种食品包装材料。我国石油资源的匮乏已经严重制约着经济的发展，因此开发乳酸类的生物资源替代原有的石化产品已经迫在眉睫。此外，我国乳酸产量占世界前列，开展聚乳酸的研究也具有巨大的环境效益和经济效益^[9]。PLA生产所需的单体乳酸可通过玉米等谷物发酵生产。随着发酵制备乳酸技术与聚乳酸制备技术的不断发展和完善，聚乳酸的价格可望有较大幅度的下降。传统的高聚物合成依赖于从不可再生资源石油中提取的单体，而现代社会的大量能源消耗使得煤和石油等化工原料越来越紧张。可以预见，随着石油等资源的枯竭，源自石化原料的聚合物生产必将受到制约。与之相反，生产PLA所需的单体乳酸可通过农作物玉米等发酵生产，来自于可再生的资源，因此，聚乳酸的合成研究具有重要的意义。

3. 研究的基本内容与计划