[01375708]改性聚乳酸合成新技术

聚乳酸（ polylactic acid，PLA ）是一种可完全生物降解的脂肪族聚酯，玻璃化转变温度T g 约 60 ℃，结晶温度 T c 约 125 ℃，熔点T m约170 ℃，具有与通用塑料（如聚烯烃）相似的性能，在体内和体外环境中都有很安全的降解性。其合成原料乳酸可由可再生资源如淀粉 等通过微生物发酵合成，而不依赖于日益减少的石油等化石资源。在众多可完全生物降解的塑料 中，聚乳酸被认为是最具发展前景的生物降解材料之一。目前，PLA可通过两种方法聚合得到。一是直接缩聚法。在脱水剂的存在下，乳酸分子中的 羟基和羧基受热脱水，直接缩聚成低聚物，然后继续升温，低分子量的 PLA 进一步缩聚成更高分 子量的 PLA。直接缩聚法存在的主要问题是聚合过程中游离乳酸、水、低聚物和丙交酯间处于化 学平衡状态，反应副产物在粘性熔融物中难以去除，很难保证反应向正方向进行，所得聚合物分子量一般较低，且聚合温度高于 180 ℃，常导致产物带色。尽管有报道使用溶液缩聚或熔融 / 固相缩聚等方法，可获得重均分子量高达30万的 PLA，但由于聚合时间长，反应器体积较大，需要溶剂脱水和回收设备等，这些方法在PLA的商业生产上至今尚未得到广泛的应用。另一种方法 是丙交酯开环聚合法。合成过程如下：乳酸首先脱水生成低聚物，然后低聚物在催化剂和高温高 真空下解聚生成丙交酯，最后丙交酯在催化剂下开环聚合生成 PLA。丙交酯开环聚合可以比较容 易得到高分子量的 PLA，是工业上生产 PLA 的主要方法。由于该法中间产物丙交酯的产率较低（约 30～40% ），且需要多次重结晶提纯，导致所合成的 PLA 成本较高。使用丙交酯直接开环聚合所制备的高分子量 PLA，尽管拉伸强度高，但断裂伸长率低，具有高强度、低韧性的缺点。同时，PLA的热稳定性也较差，加工时易降解。加之，PLA使用时的热变形温度较低，使其应用受到较大限制。因此，无论是从生产成本，还是合成技术上讲，市场上现有的制备PLA的工艺技术，存在诸多不足，尚不能满足市场的需要。技术简介：近年来，四川大学经过不懈努力，对 PLA 合成技术进行了系统研究，在 PLA 原有直接缩聚 法的基础上，通过引入一定量的其他脂肪族聚酯与之共聚，可在较短时间内制备出较高分子量的 改性聚乳酸（如数均分子量 ≥ 10 万），所制备的改性聚乳酸具有较高的韧性，同时仍具有较的高强度（例如拉伸强度 ≥ 40 MPa；断裂伸长率 ≥ 300% ），热变形温度也明显提高（例如从 PLA的50 ℃提高到不低于70 ℃，最高可达到110 ℃ ）。此外，该合成工艺还可 通过调节PLA 和其他脂肪族 聚酯的含量，合成出一类具有热稳定性好、加工性好，同时又具有不同降解速率的 基于聚乳酸的可完全生物降解材料，可大大拓展 PLA 的应用范围。技术特点：该工艺是在直接缩聚法的基础上发展起来的，相对于丙交酯开环聚合合成 PLA 而言，具有合成方法简单、聚合时间短、设备要求不高、反应易于控制、易于工业放大、成本低等特点，可实 现规模化生产。