聚乳酸及其共聚酯的合成与表征

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1、摘要脂肪族聚酯中的聚乳酸是一种完全降解的环境友好材料，它的基本原料是淀粉发酵得到的乳酸。聚乳酸在使用阶段具有与通用塑料相媲美的非常优良的物理性能，而当它完成使用任务后可以在自然环境中降解为二氧化碳和水，避免了白色污染问题。近年来，环保要求使得人们对聚乳酸的研究重新重视起来，开始将其作为通用塑料的替代产品进行开发，其应用前景极其广阔。本文研究了直接缩聚法制备了聚乳酸，即利用乳酸单体直接缩聚制备聚乳酸产品的方法，该法相对于开环法(丙交酯开环聚合法)流程短，工艺较简单，成本较低，该法具有广阔的应用前景。本论文研究了反应时间、反应温度、催化剂种类及用量、溶液浓度等因素对直接聚合所得聚乳

2、酸分子量的影响。研究结果表明，在本实验条件下得到较高分子量的聚乳酸最佳工艺参数为：SnCl2作为缩聚反应的催化剂且其用量为乳酸单体的O．4％、缩聚反应温度为140℃、甲苯与乳酸的体积之比为4：1、聚合反应时间为25h。然后，对所得聚合产物利用FT-IR、1H-NMR及13C-NMR进行结构表征，聚乳酸的DSC曲线分析结果表明，其玻璃化转变温度T。为54-3℃，结晶度X。=13．9％，熔点T。为163．8。C，具有较好的热稳定性。同时，对聚乳酸的生物降解性能进行研究，结果表明12周后聚乳酸的降解率达到74％。高分子量的聚乳酸一般由丙交酯开环聚合法制备，而丙交酯的制各与提纯则是制约

3、该法发展的“瓶颈”。本论文研究了制备丙交酯的最佳工艺参数为：预缩聚反应温度160℃、预缩聚反应时间6h、解聚反应温度220*(2、解聚反应时间2h、催化剂质量分数为2．0％，丙交酯的产率最高为40．2％。以乙酸乙酯作为重结晶溶剂，当重结晶次数达到四次后，其纯度己达到丙交酯聚合的基本要求。在开环法制备聚乳酸的过程中，本论文探讨了使聚乳酸达到最大分子量时的工艺条件为：选用Sn(Oct)2作催化剂且催化剂含量为0．04％、采取分段控温的工艺条件(前段反应温度为130℃且反应时间为1h，后段反应温度160℃且最佳反应时间为12h)。该法所合成的产品聚乳酸的玻璃化转变温度k为63．4℃，

4、结晶温度Tc为113．4。C，熔点T。为166．2℃，与文献值一致。所得聚乳酸产品的偏光显微镜的照片表明，其晶体的晶形为球晶。为了得到成本低廉、具有良好的物理机械性能和生物降解性能的聚酯材料，我们分别利用直接法和间接法合成了具有一定生物降解性能的共聚酯PETA。我们考察了组分含量不同的共聚酯PETA的降解率的变化，其中PETA50的降解率最高；比较共聚酯PETA在酸性、碱性缓冲溶液中及自然界土壤中降解能力的大小，发现共聚酯PETA在碱性缓冲溶液中的降解能力最大，在酸性缓冲溶液中次之，在自然界土壤中最小：对合成的共聚酯PETA利用FT-IR进行了结构表征；利用TGA对不同组分含量

5、的共聚酯PETA进行了热稳定性分析，结果表明，共聚酯PETA随着脂肪族组分一乳酰基含量的增加，其热稳定性逐渐降低。本文研究了乳酸与乙二醇之间发生的酯化反应，选择对甲苯磺酸为催化剂，且催化剂的最佳用量为乳酸的物质的量的8％；最佳物科醇／酸(t001)比值为3：1；反应温度控制在140～142。C范围内较适宜；酯化反应时间最佳值为2h，脱水剂的最佳用量为309；逐滴加入乳酸原料的方式有利于提高乳酸乙二酯的产率。最佳反应条件下的重复实验乳酸乙二酯的平均产率为96．8％：合成乳酸乙二酯的正交试验证明合成乳酸K,z酯的最佳工艺条件为：反应温度140。C、反应时间2h、催化剂用量8％、物料

6、比为3：1；根据各因素对产率的影响的大小依次为：反应温度)物料比)催化剂用量)反应时间。蒸馏法测乳酸乙二酯的沸点，测出乳酸乙二酯的沸点为225"C；利用FT-IR及1H-NMR表征了乳酸乙二酯的化学结构；间接法合成PETA缩聚反应中酯交换反应动力学研究证明酯交换反应基本上符合二级反应动力学。本文对溶液共混法制备的不同比例的PET／PLA复合材料的薄膜的降解率及分子量的变化进行了研究。研究结果表明四种不同比例的复合材料的薄膜中以PET／PLA=9：1时的降解率最大；在碱性缓冲溶液中的复合材料薄膜的降解率最大；其分子量的变化规律与降解率相似。关键词：聚乳酸；直接缩聚；开环缩聚；共聚

7、酯：复合材料SynthesisandCharacterizationofPoly(1acticacid)andItsCopolymerAbstractPoly(1acticaeid)(PLA)isakindofaliphaticpolyesters．Asoneofthecompletelydegradableenvironmentalfriendlymaterials，itsrawmaterialislacticacidobtainedfromfermentationofstarch．Its