熔融缩聚法合成聚乳酸的研究

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聚乳酸(PLA)具有较好的化学惰性、易加工性、生物相容性和生物降解性,在体内可逐渐降解为二氧化碳和水,对人体无毒、无积累;由它制成的纤维抗张强度高、柔软性好,是一种很有应用前景的生物降解材料。 制备聚乳酸常通过乳酸的直接聚合或丙交酯的开环聚合两种方法。丙交酯开环法成本很高,致使其应用受到很大限制。乳酸的直接聚合反应体系中存在着游离乳酸、水、聚酯及丙交酯的平衡,必须保证反应向正方向进行,且聚乳酸的热稳定性直接影响聚乳酸的应用和成型加工,聚乳酸在高温时易发生热降解,导致分子链断裂,分子量降低,性能恶化。因而,聚乳酸直接聚合的研究正在引起人们的广泛关注。 本课题为降低聚乳酸的成本、扩大其应用范围,以D,L一乳酸为原料,采用熔融缩聚法合成聚乳酸,避免了有机溶剂的使用。实验研究了八种不同类型的催化剂:H2SO4、Zn、ZnO、Sn、SnS04、SnCl2、SnO、对甲苯磺酸(TSA)与SnCl 2进行复配、催化剂的用量、反应温度与压力、反应时间、乳酸类型、反应装置与反应方式等反应条件对产物分子量的影响,找出了最佳反应条件并对实验工艺进行了优化。聚合前对乳酸减压蒸馏去水,温度不超过60℃C,时间为5h,压强保持在680mmHg左右。乳酸的熔融聚合反应最佳条件为:SnCl2为催化剂,用量为0.5%质量分数;反应最高温度为180℃C,适当减小体系压力,在氮气保护下逐步分段升温,进行熔融聚合。过程为130℃C时控温4小时,继续升温,在180℃C时控温8小时;总的反应时间为12小时,得到聚乳酸的粘均分子量为86000。用乌式黏度剂测量各种反应条件下PLA的黏均分子量,并使用了微机熔点仪、DSC、IR、X-射线衍射、HNMR、协CNMR等对熔融聚合产物的理化性能及应用性能进行了表征。由于D,L一乳酸的产物性状较差,本实验又采用L一乳酸为单体,利用熔融聚合的最佳合成条件合成了粘均分子量为98260的L型聚乳酸(PLLA)。以PLA为原料,对聚乳酸熔融纺丝一热拉伸工艺进行了初步实验,为通过熔融纺丝方法制备聚乳酸纤维提供了基本依据。并研究了PLA的生理盐水降解性能和热降解性能。实验结果证明本体直接缩聚方法制备可降解材料聚乳酸是可行的。
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