微波輻射合成聚乳酸及聚乳酸-PEG-La-OMMT納米復(fù)合材料制備研究.pdf

1、目前，環(huán)境友好的可生物降解材料聚乳酸(PLA)在生產(chǎn)中存在制備工藝冗長，聚乳酸質(zhì)地硬而脆兩大問題，限制了聚乳酸的廣泛應(yīng)用。利用微波輔照技術(shù)合成聚乳酸，能夠簡化生產(chǎn)工藝，降低生產(chǎn)成本，本課題組在該研究領(lǐng)域已取得一定的科研成果。針對大多數(shù)科研工作者以家用微波爐作為微波發(fā)生源的情況，本文設(shè)計出新型微波化學(xué)反應(yīng)裝置，區(qū)別于家用微波爐，該裝置可連續(xù)發(fā)射微波，微波功率任意可調(diào)，通過調(diào)節(jié)微波輸出功率可控制反應(yīng)進(jìn)程溫度，避免了家用微波爐間歇發(fā)射微波，反

2、應(yīng)體系溫度波動的問題。將此裝置用于乳酸熔融縮聚合成聚乳酸、聚乳酸中間體丙交酯的清潔生產(chǎn)及丙交酯開環(huán)合成聚乳酸，工藝簡單，制備時間短，能耗低，取得了良好效果。
　　對比微波化學(xué)反應(yīng)裝置與家用微波爐中乳酸熔融縮聚反應(yīng)，兩個反應(yīng)器中反應(yīng)體系采用的催化劑種類及用量相同，聚乳酸產(chǎn)率均在70％左右。微波化學(xué)反應(yīng)裝置中通過溫度控制反應(yīng)進(jìn)程，脫水階段溫度為180℃、預(yù)聚合和聚合階段溫度170～230℃，聚乳酸Mη可達(dá)6.02×104g?mol-1

3、，反應(yīng)過程中體系溫升曲線上升平滑無波動；家用微波爐中通過調(diào)節(jié)功率控制反應(yīng)進(jìn)程，脫水及預(yù)聚合階段功率264W、聚合階段功率616W，聚乳酸可達(dá)Mη為2.9×104g?mol-1，反應(yīng)過程中體系溫升曲線波動明顯，呈階躍式上升。微波輻射乳酸熔融縮聚合成聚乳酸時間約為90min，僅相當(dāng)于傳統(tǒng)合成方法的1/10左右。
　　研究開發(fā)了丙交酯制備工藝，采用微波輻射技術(shù)，較傳統(tǒng)加熱法縮短了1/2至4/5；選用乙醇替代傳統(tǒng)有害溶劑提純丙交酯；建立了

4、循環(huán)工藝，使丙交酯生產(chǎn)工藝綠色清潔化，丙交酯產(chǎn)率可提高約20%。實(shí)驗(yàn)開發(fā)出了SnCl2/助催化劑A=1:2的新型復(fù)配催化劑體系，選擇乙醇作為提純?nèi)軇?，重結(jié)晶溫度4℃，重結(jié)晶時間1h以上，乙醇用量2.5mL?g-1，丙交酯收率約為63%。制出的丙交酯在微波化學(xué)反應(yīng)裝置中進(jìn)行開環(huán)聚合合成聚乳酸，當(dāng)微波輻射功率90W，聚合時間10min，聚乳酸Mη達(dá)15.9×104g?mol-1，聚合反應(yīng)過程中體系溫升曲線上升迅速平穩(wěn)，無溫度波動。傳統(tǒng)丙交酯

5、開環(huán)聚合合成聚乳酸時間至少要5-10h。
　　采用擠出成型法制備出PLA/PEG/La-OMMT納米復(fù)合材料，復(fù)合材料的韌性得到明顯改善，達(dá)到包裝用塑料薄膜國家標(biāo)準(zhǔn)，擴(kuò)大了聚乳酸類材料的應(yīng)用范圍。研究表明，納米復(fù)合材料中La-OMMT主要以剝離狀態(tài)分散在聚合物基體中。選用DK3系列蒙脫土，用量為1wt%，La2O3/OMMT為2:100(mol/mol)，當(dāng)PEG用量為16.7wt%時，PLA/PEG/La-OMMT的拉伸強(qiáng)度可達(dá)

6、46.32MPa，斷裂伸長率達(dá)209%，解決了單純聚乳酸材料硬而脆問題.
　　最后，本文研究了不加入催化劑的乳酸自催化熔融縮聚合成聚乳酸過程、反應(yīng)起始就加入催化劑的乳酸熔融縮聚合成聚乳酸過程及在乳酸脫水及預(yù)聚過程結(jié)束后加入催化劑的兩段法乳酸熔融縮聚合成聚乳酸過程自催化段和外加催化劑階段的變溫條件反應(yīng)動力學(xué)?；贏IC準(zhǔn)則，自編程序計算了相應(yīng)的動力學(xué)參數(shù)。研究表明，乳酸自催化、乳酸外加催化劑及兩段法自催化階段的反應(yīng)過程均為三級反應(yīng)，