[发明专利]一种利用氨基磺酸化合物作催化剂制备聚乳酸的方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种乳酸在复合催化剂作用下直 接缩聚制备高分子量的聚乳酸的方法。

背景技术

随着科学与社会的发展，环境和资源问题越来越受到人们的重视，成为 全球性的问题。石油为原料的塑料材料应用广泛，这类材料使用后很难回收 利用，造成目前比较严重的“白色污染”问题；而且石油这一类资源属于不可 再生资源，大量的不合理的使用给人类带来了严重的资源短缺问题。降解材 料的出现，尤其是降解材料的原材料的可再生性为解决这一问题提供了有效 的手段。

聚乳酸(PLA)是目前研究应用相对较多的一种降解材料，它是以淀粉 发酵(或化学合成)得到的乳酸为基本原料制备得到的一种环境友好材料， 它不仅具有良好的物理性能，还具有良好的生物相容性和降解性能，且对人 体无毒无刺激。

目前常用的聚乳酸制备方法主要可分为间接(开环)法和直接法两种：

间接(开环)法是目前绝大部分应用性聚乳酸所采用的聚合路线，即首 先将乳酸分子间脱水缩合制成乳酸低聚物，再由低聚物降解生成环状的丙交 酯；然后将丙交酯开环聚合生成高聚物。该法制备而得的聚乳酸分子量较高， 热稳定性较好，玻璃化温度和熔点都比较高。目前最大的聚乳酸生产商，美 国的NatureWorks公司就是利用开环聚合制备得高分子量的聚乳酸，现已建成 14万吨/年的生产装置。但是，间接(开环)法生产工艺冗长，工艺复杂，特 别是在丙交酯精制中需多次提纯与重结晶，耗用大量试剂，产品产率低，导 致聚乳酸价格昂贵，比常用的普通材料高出许多倍，严重阻碍了聚乳酸作为 一种通用塑料材料的广泛应用。

近年来，由乳酸直接缩聚合成聚乳酸的方法越来越引起人们的关注。关 于直接缩聚法合成聚乳酸的研究国外早有报道，近年来国内也开始进行这方 面的研究。

以下我们对直接法合成聚乳酸的进行简要的综述：

1.聚乳酸直接聚合的原理

聚乳酸的直接聚合是一个典型的缩聚反应，反应体系中存在着游离乳酸、 水、低聚物及丙交酯的平衡，其聚合方程式

根据缩聚反应聚合度的计算公式：

DP=Knw]]>

DP.反应聚合度；K.反应平衡常数；n_w.残留水分

从上式可以看出，在一定温度下，由于K为常数，因此只有降低水分子的 含量，才能达到提高聚合度的目的，得到较高相对分子质量以及熔点的聚乳 酸。有利于小分子水分排除的方法比较多，如增加真空度，提高温度以及延 长反应时间等等。总的说来，要获得高相对分子质量的聚乳酸，反应过程中 必须注意以下3个问题：动力学控制，水的有效脱除，抑制降解。

2.聚乳酸直接聚合的不同方法

(1)熔融缩聚

熔融聚合是发生在聚合物熔点温度以上的聚合反应，是本体聚合。其优 点是得到的产物纯净，不需要分离介质，但是产物相对分子质量不高，因为 随着反应的进行，体系的粘度越来越大，小分子难以排出，平衡难以向聚合 方向移动。在熔融聚合过程中，催化剂、反应时间、反应温度等对产物相对 分子质量的影响很大。故单纯依靠熔融聚合很难得到具有较高分子量和熔点 的聚乳酸。

(2)溶液共沸法

乳酸直接聚合的关键是水分子的排出，只有将绝大部分水分子排出，才 能获得较高相对分子质量的产物。在缩聚反应中使用一种不参与聚合反应、 能够溶解聚合物的有机溶剂，在一定温度和压力下，与单体乳酸、水进行共 沸回流，回流液经过除水后返回到反应容器中，逐渐将反应体系中所含的微 量水分带出，推动反应向聚合方向进行，从而获得高相对分子质量的产物， 这就是溶液共沸聚合方法。