课程设计报告--聚乳酸合成及降解

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1、《课程设计(一)》课程设计报告设计题目：聚乳酸合成及降解院系：化学与材料科学学院专业：高分子材料与工程学号：071334129姓名：王潇指导教师：颜永斌生物降解高分子材料———聚乳酸合成及降解的研究进展摘要：简要介绍了生物降解高分子材料聚乳酸的基本性能，对近年来聚乳酸的两种合成方法：开环聚合法和直接缩聚法，以及聚乳酸降解性的研究进展进行了较详细地综述和总结，并对聚乳酸的发展前景进行了展望。关键词：聚乳酸；合成；降解性能；进展引言自1935年杜邦公司合成出尼龙一66到现在短短几十年时间里，高分子材料已经渗透到国民经济各部门和人们生

2、活的各个方面。然而，在高分子材料给人们生活带来便利的同时，因其大部分材料不具备生物降解的特性，废弃后引起了严重的环境污染问题。目前对不可降解制品的处理手段往往是掩埋及焚烧，这样只能缓解环境污染。而可降解高分子材料的应用能从根本上解决这一问题。因此，生物可降解高分子材料这一领域的研究也变得活跃起来。聚乳酸(PLA)就是一种具有优良生物相容性并可完全生物降解的脂肪族聚酯类高分子材料。它在自然界中的微生物、水、酸、碱等的作用下能完全分解，最终产物是CO2和H2O，对环境无污染，可作为环保材料代替传统的聚合物材料。同时它在人体内的中间产

3、物乳酸对人体也无毒性，经美国食品和药品管理局(FDA)批准广泛用作药物控释载体、医用手术缝合线及骨折内固定材料等生物医用高分子材料[1，2]。因此，聚乳酸作为一种新型的可生物降解高分子材料逐步得到人们的重视，世界一些主要的生产商，如美国CargillDow聚合物公司，十分看好其发展前景翻。近些年，国内外对聚乳酸进行了大量的研究，本文综述了聚乳酸合成及其降解特性研究的最新进展。2聚乳酸的基本性能聚乳酸(Polylacticacid)，简称PLA，是以谷物发酵得到的乳酸(a一羟基丙酸)为原料聚合而得，由于乳酸分子中具有一个手性碳原子

4、，根据其光学活性不同可分为L一乳酸和D一乳酸。由它得到的聚乳酸也具有三种基本立体异构体：PDLA、PLLA、PDLLA。其中，PDLA与PUA具有结晶性，PDLLA~II]是非结晶性的。常用易得的是聚消旋乳酸(PDLLA)和聚左旋乳酸(PLLA)，它们的主要性质见表1[4]。由于PLLA是具有光学活性的有规立构聚合物，从熔融、溶液状态均可结晶，而PDLLA是无定形结晶态，而结晶性对聚乳酸材料的力学性能和降解性能的影响很大，形态不同，性能也不同。通过上表，我们可以看到PLLA的性能明显好于PDUA。研究还表明，聚乳酸具有一定耐溶剂

5、性，在常用的乙醇、异丙醇等醇类溶剂、己烷脂肪烃中几乎不溶解，同时还具有很好的耐油性，对酸、碱来说，可溶解于强酸、碱溶液中，对苛性钠液即使低浓度也有被侵蚀的倾向，但与强酸的稀溶液、弱酸水溶液以及食盐水和蒸馏水几乎无作用[5]。近几年对聚乳酸作为塑料用途研究的不断深入，其力学性能也逐步得到提高。通过PI与PS、LDPE性能的比较(见表2)[6,7]，可以看出聚乳酸具有良好的力学性能和透明性。3聚乳酸的合成自从1954年Ccothers开始探讨乳酸聚合至今，人们对于聚乳酸合成方法的研究进行了大量的研究，逐步得出了两条路线，即开环聚合法

6、和直接缩聚法。3．1开环聚合法通过该方法制备聚乳酸一般采用两步法：第一步，由乳酸脱水环化制得丙交酯；第二步，由精制过的丙交酯开环聚合制得相对分子质量较高的聚乳酸[8]。反应方程式如下：丙交酯开环聚合是迄今为止研究最充分的一种聚合方法，通过此法制得的聚乳酸的相对分子质量可达70万至100万。影响开环聚合的因素有很多，如单体纯度、聚合真空度、温度、时间、催化剂等，其中关键在于丙交酯的提纯和催化剂的选择，丙交酯的制备需要在高温(200℃以上)和高真空(1mmHg以下)进行，同时对丙交酯的提纯需要多次重结晶，一般所用的溶剂乙酸乙酯等损耗

7、大且流程冗长。近年来出现了一些此方面改进的报道，张贞裕等[9]将苯一乙酸乙酯混合溶剂体系用于丙交酯重结晶，该体系存在收率高、溶剂消耗小、熔点达到要求等优点；李汝珍等[10]用甲醇钠非水滴定法、卡尔一费休法对丙交酯中残存的乳酸和水进行了定量分析，有助于丙交酯的提纯和聚合中对工艺更精密的控制。目前人们已经开发了多种丙交酯开环的催化剂，通过对它们的研究，得出了以下3种机理：(1)阳离子开环聚合。主要的引发剂有质子酸、路易斯酸和烷基化试剂，它的引发机理是阳离子与单体中氧原子作用生成氧负离子，后经分子开环反应生成酰基正离子。该类催化剂的缺

8、点是只能进行内酯本体聚合，且产物分子量不高。(2)阴离子开环聚合。引发剂为醇钠、醇钾、丁基锂等，引发机理是负离子亲核进攻羰基，酰一氧键断裂。这类催化剂活性高，反应速度快，但常伴有消旋现象，副反应明显。(3)配位插入开环聚合。主要为过渡金属的有机化合物和氧化物，研