[发明专利]一种利用乳酸催化合成丙交酯的方法

说明书

本发明涉及一种利用乳酸催化合成丙交酯的方法。该方法使用氧化锌的纳米颗粒水分散体作为催化剂，催化乳酸合成丙交酯。本发明有四个技术特点：一、氧化锌纳米水分散体催化剂具有充足的表面积，纳米颗粒的大小仅仅只有30‑40nm，使底物(乳酸)和催化剂之间有足够的接触面积；二、新型催化剂对于聚合反应有较温和的催化效果，使预聚物的分子量分布在400‑1500g/mol的范围内，有利于解聚反应的进行；三、新的催化剂具有稳定性，从而避免高温反应下被氧化或碳化；四、新的催化剂低毒，对人体健康威胁小。

技术领域

本发明涉及生物可降解聚合物制备技术领域，更具体的说，涉及一种利用乳酸催化合成丙交酯的方法。

背景技术

利用乳酸合成丙交酯的技术已经有几十年的发展历史，其合成方法已在很多专利中均有说明，例如：US5053522A，US5247058A，US5357035A，US6005067A，US6277951B1，US6326458B1，US5274127A，US20050222379A1，US20120302724A1，US20110155557A1，CN1951933A，CN1594313A，CN1488628A，WO2010105143A2等。现阶段，工业生产主要采用的方法就是通过高温加热，并且在真空环境下，利用锡基化学物质作为催化剂(例如2-乙基己酸亚锡(II)和氯化锡等)。为了避免反应物在高温条件下(≥180℃)发生氧化反应，该化学反应通常在惰性气体氛围内进行(例如氮气)。

该合成过程涉及以下两个反应：

1)低聚反应:由乳酸单体反应，脱水聚合形成低聚物/预聚物。

2)解聚作用:低聚物/预聚物解聚为环二聚体的丙交酯。

在解聚过程中，高温低压的反应条件会使部分低聚物解聚，同时使另一部分低聚物进一步聚合成更高分子量的聚合物。常规的锡基催化物更加有利于聚合反应而不是解聚，从而导致丙交酯的合成以及分离更加困难。所以，常规方法合成丙交酯的产率通常只有50％-70％。例如，美国专利US5053522 A提到利用锡基催化剂合成丙交酯的方法，需要高温200-260℃分离丙交酯产物，产率为69％。美国专利US5274127 A在单批次生产中，丙交酯的产率为56.8％。而其他金属化合物对于聚合反应和降解反应的低催化效率，导致丙交酯的生产产率下降(<70％)。例如氧化锌颗粒被应用于美国专利US201203027A1，丙交酯产品在230-240℃高温下蒸馏分离获得，所得产率低于72％。因此，传统的丙交酯合成方法产率低，有待进一步优化和改善。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种利用乳酸催化合成丙交酯的方法，解决现有技术中丙交酯的合成以及分离困难、丙交酯的生产产率低等问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案为：提供一种利用乳酸催化合成丙交酯的方法，使用氧化锌的纳米颗粒水分散体作为催化剂，通过优化的反应条件与过程，高效催化乳酸合成丙交酯。

在本发明提供的利用乳酸催化合成丙交酯的方法中，所述氧化锌的纳米颗粒水分散体为氧化锌的纳米颗粒在水中的分散体，氧化锌的纳米颗粒的粒径为30-40nm，氧化锌的纳米颗粒的质量百分数为20％。本发明有四个技术特点。一、氧化锌纳米水分散体催化剂具有充足的表面积；纳米颗粒的大小仅仅只有30-40nm，使底物(乳酸)和催化剂之间有足够的接触面积。二、新型催化剂对于聚合反应有温和的催化效果，使预聚物的分子量分布在400-1500g/mol的范围内，有利于解聚反应的进行。三、新的催化剂具有稳定性，从而避免高温反应下被氧化或碳化；四、新的催化剂低毒，对人体健康威胁小。