聚乳酸及其合成方法技术

本发明专利技术涉及生物基高分子材料技术领域，具体而言，涉及聚乳酸及其合成方法。本发明专利技术提供一种聚乳酸的合成方法，包括：在分子筛催化剂的作用下，将乳酸单体熔融并进行聚合反应，形成所述聚乳酸，其中，乳酸单体的含水量小于1.0％。该合成方法操作简单，合成条件易于实现，且副产物少，产率高，得到的聚乳酸的分子量高。

Polylactic acid and its synthesis

【技术实现步骤摘要】
聚乳酸及其合成方法
本专利技术涉及生物基高分子材料
，具体而言，涉及聚乳酸及其合成方法。
技术介绍
聚乳酸(polylactide，PLA)是一种广受欢迎的可生物降解的脂肪族聚酯，PLA具有可生物降解，可再生，生物相容性好，高机械强度，高熔融温度和易加工等特点；PLA在自然界中最终的分解产物为二氧化碳和水，对生态环境没有污染，属于一种绿色环保的聚合物。基于以上固有优势，PLA已经被广泛应用于工业、医药、建筑、交通、农业、电子电气、汽车和环保材料等领域，同时，可作为石油基聚合物的一种有前途的替代物，PLA已经受到了越来越多的关注。PLA的合成方法众多，大体而言，可以分为两大类，一是直接缩聚法，也称一步法，二是丙交酯开环聚合法。目前，随着对PLA需求量的增加，近年来研究人员一直致力于从制备工艺和催化剂等方面入手，优化PLA制备工艺，以提高PLA产率，并得到高性能的PLA。目前，出现了一些新的方法制备聚乳酸，例如：专利(CN106810677A)将含游离酸的丙交酯、噁唑啉类化合物与异氰酸酯类化合物混合，在锡类催化剂存在下进行丙交酯开环聚合制备聚乳酸。该工艺产率低，成本高，不利于增加生产效益。专利(CN101580582B)在惰性气氛中将L-乳酸与引发剂一起密封于反应器中，使反应物熔融并进行微波辐射引发聚合，制备高分子量的聚乳酸。该工艺需要在严格密封的条件下进行，需要具备微波源，设备要求高。现有技术中虽然有对聚乳酸的合成方法进行改进，但是仍然存在反应条件苛刻，副产物多，制备得到的聚乳酸分子量低，产率低等问题。<br>鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供聚乳酸及其合成方法。该合成方法操作简单，合成条件易于实现，且副产物少，产率高，得到的聚乳酸的分子量高。本专利技术是这样实现的：第一方面，实施例提供一种聚乳酸的合成方法，包括：在分子筛催化剂的作用下，将乳酸单体熔融并进行聚合反应，形成所述聚乳酸，其中，所述乳酸单体的含水量小于1.0％。在可选的实施方式中，控制所述乳酸单体的含水量的操作包括：将乳酸单体在真空度为0.05-0.2MPa，55-85℃的条件下脱水1-6小时。在可选的实施方式中，所述乳酸单体为手性乳酸，优选为L-乳酸或D-乳酸。在可选的实施方式中，所述分子筛为含有两种金属的金属分子筛，优选为Zn-Sn-beta分子筛；优选地，所述Zn-Sn-beta分子筛中比表面积SBET为581–610m2g-1，总体积为0.348–0.374mlg-1，微孔体积为0.184–0.191mlg-1，硅铝比>1700。在可选的实施方式中，所述分子筛与所述乳酸单体的质量比为0.5-8.5:100。在可选的实施方式中，聚合反应的温度为110-200℃，聚合反应的时间为2-36小时。在可选的实施方式中，在进行聚合反应的同时除去反应体系中的水；优选地，除去反应体系中的水的步骤包括：进行聚合反应期间，对所述反应体系持续抽真空，以除去反应体系中的水。在可选的实施方式中，将温度上升至110-200℃的操作包括：将温度升至110-130℃，保持2-4小时，而后以10-20℃/小时的升温速率将温度提升至165-200℃。在可选的实施方式中，聚合反应结束后，对反应产物进行提纯处理；优选地，提纯处理的步骤包括：将所述反应物溶解，而后加入不良溶剂中，进行沉淀形成沉淀物，而后对沉淀物进行干燥；优选地，溶解所述反应产物的溶剂包括含硫有机物、含氮有机物或者含氯有机物；优选地，所述含硫有机物为二甲基亚砜；优选地，所述含氮有机物为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺或者N-甲基吡咯烷酮；优选地，所述含氯有机物为氯仿和二氯甲烷中的任意一种；优选地，所述不良溶剂包括酯类溶剂或醇类溶剂，优选为乙酸乙酯或甲醇。第二方面，实施例提供一种聚乳酸，其通过前述实施方式任一项所述的聚乳酸的合成方法制备得到。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术通过采用乳酸单体，并利用分子筛作为催化剂，促进聚合反应朝正向进行，提升产物的产率，同时，减少副产物的生成，提升产品的纯度，并提高制备得到的聚乳酸的分子量。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。图1为实施例1制备得到的聚乳酸的红外谱图；图2为实施例1制备得到的聚乳酸的核磁氢谱图；图3为实施例1制备得到的聚乳酸的核磁碳谱图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。以下结合实施例对本专利技术的特征和性能作进一步的详细描述。本实施例提供一种聚乳酸的合成方法；聚乳酸的合成路线参见下式：包括以下步骤：S1、脱水；首先，控制乳酸单体的含水量，若其含水量适宜，即乳酸单体的含水量小于1.0％，则直接进行后续反应，若含水量不在上述范围则需要对乳酸单体进行脱水处理，控制其含水量。水分含量高会抑制后续聚合反应朝正向进行，也就是抑制聚合反应的进行，因此，需要控制乳酸单体的水分，继而保证反应的顺利进行，且控制乳酸单体的含水量小于1.0％，能够更有利于产物的形成，提升产率，并能够减少副产物的形成。一般现有研究使用的乳酸单体内一般都含有较高的水分，同时由于乳酸具有很高的吸湿性，因而对其进行脱水，可以提升原料的转化率，也可以提升产物的收率，并减少副产物的形成。具体地，脱水的步骤包括：将乳酸单体在真空度为0.05-0.2MPa，55-85℃的条件下脱水1-6小时。采用上述脱水条件，能够进一步保证脱水效果，保证乳酸单体能够充分脱水。进一步地，乳酸单体为手性乳酸，优选为L-乳酸或D-乳酸。采用上述乳酸作为单体能够进一步保证反应的进行。S2、聚合反应；在分子筛催化剂的作用下，将乳酸单体熔融并进行聚合反应，具体地，将上述乳酸单体和分子筛加入反应瓶中，而后将温度升至110-130℃，保持2-4小时，而后以10-20℃/小时的升温速率将温度提升至165-200℃并反应24-36小时。进一步地，在聚合反应进行的过程中会有水分形成，而水则会抑制聚合反应的进行，更会导致副产物的形成，因此，进行聚合反应期间，对所述反应体系持续抽真空，以除去反应体系中的水，促进聚合反应朝向正向进行，提升产率，并抑制副产物的形成。进一步地，持续抽真空的操作步骤是：先在真空度为0.01-0.08MPa的条件下抽真空2-4小时，而后在控制升温速率的条件下，再在20-300Pa的条件下抽真空24-26小时，由于乳酸单体的沸点较低，若真空度和温度均较高，容易导致反应原料随着水分一起被抽走，继而降低了产率，而采用上述方法控制真空本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种聚乳酸的合成方法，其特征在于，包括：在分子筛催化剂的作用下，将乳酸单体熔融并进行聚合反应，形成所述聚乳酸，其中，所述的乳酸单体的含水量小于1.0％。/n

【技术特征摘要】
1.一种聚乳酸的合成方法，其特征在于，包括：在分子筛催化剂的作用下，将乳酸单体熔融并进行聚合反应，形成所述聚乳酸，其中，所述的乳酸单体的含水量小于1.0％。


2.根据权利要求1所述的聚乳酸的合成方法，其特征在于，控制所述乳酸单体的含水量的操作包括：将乳酸单体在真空度为0.05-0.2MPa，55-85℃的条件下脱水1-6小时。


3.根据权利要求2所述的聚乳酸的合成方法，其特征在于，所述乳酸单体为手性乳酸，优选为L-乳酸或D-乳酸。


4.根据权利要求1-3任一项所述的聚乳酸的合成方法，其特征在于，所述分子筛为含有两种金属的金属分子筛，优选为Zn-Sn-beta分子筛；优选地，所述Zn-Sn-beta分子筛中比表面积SBET为581–610m2g-1，总体积为0.348–0.374mlg-1，微孔体积为0.184–0.191mlg-1，硅铝比>1700。


5.根据权利要求4所述的聚乳酸的合成方法，其特征在于，所述分子筛与所述乳酸单体的质量比为0.5-8.5:100。


6.根据权利要求5所述的聚乳酸的合成方法，其特征在于，聚合反应的温度为110-200℃，聚合反应的时间为2-36小时。


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【专利技术属性】
技术研发人员：沈峥，高成涛，秦舒浩，李娟，李佳丽，
申请(专利权)人：贵州省材料产业技术研究院，同济大学，
类型：发明
国别省市：贵州;52