[发明专利]利用新型催化剂催化丙交酯开环聚合合成聚乳酸的方法

说明书

本发明属于聚酯催化合成技术领域，尤其是一种利用新型催化剂催化丙交酯开环聚合合成聚乳酸的方法，解决了现有技术中丙交酯开环聚合合成聚乳酸反应速率低，产物性能差，反应用催化剂稳定性差等问题，所述方法，包括以下步骤：S1、将原料乳酸脱水脱气后加催化剂I预聚得到乳酸低聚物；S2、将乳酸低聚物与混合物I共同加入到解聚釜中解聚生成丙交酯；S3、将丙交酯与催化剂II共同加入到聚合釜中，开环聚合合成聚乳酸。本发明原料易得，合成方法简单，合成成本低，易于工业化生产，合成的聚乳酸产率高，分子量高且分布窄，具有良好的生物降解性和生物相容性可得广泛应用。

技术领域

本发明涉及聚酯催化合成技术领域，尤其涉及一种利用新型催化剂催化丙交酯开环聚合合成聚乳酸的方法。

背景技术

聚乳酸是以乳酸为主要原料聚合得到的聚合物，是一种新型的生物降解材料，其热稳定性好，加工温度为170～230℃，有好的抗溶剂性，可用多种方式进行加工，如挤压、纺丝、双轴拉伸，注射吹塑。目前，聚乳酸的合成方法多样，包括直接缩合法、丙交酯开环聚合法和其他合成方法。直接法制备获得的聚乳酸由于反应条件的限制，如反应中产生的水的积累，反应粘度的增加，使得直接法合成的聚乳酸的分子量较低，进一步也会影响聚乳酸的相关性能。

丙交酯开环聚合法是目前合成较高分子量聚乳酸的基本方法，即乳酸脱水缩合后，得到的低聚物在催化剂三氯化锑、三氟化锑、四氯化锡等作用下，裂解成为聚乳酸的环状二酯，简称丙交酯，然后以丙交酯为单体，加入引发剂辛酸亚锡、二氯化锡、三氯化硼等发生开环聚合反应，从而制得高相对分子质量的聚乳酸乳酸。在丙交酯开环聚合法中，乳酸脱水工序、丙交酯合成工序、丙交酯纯化工序、以及反应过程中的催化剂应用等都对生成的聚乳酸的分子量及性能产生影响。例如，乳酸脱水缩聚反应属于酯化反应，乳酸中含有大量的自由水，则会影响酯化反应的速率；丙交酯合成工序中聚乳酸低聚物解聚温度高，易造成产物变色和焦化；丙交酯开环聚合用催化剂多具有细胞毒性，且稳定性差，其很难在高效催化丙交酯开环聚合的同时兼顾分子量高且分布窄的特点等。基于上述陈述，本发明提出了一种利用新型催化剂催化丙交酯开环聚合合成聚乳酸的方法。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中丙交酯开环聚合合成聚乳酸反应速率低，产物性能差，反应用催化剂稳定性差等问题，而提出的一种利用新型催化剂催化丙交酯开环聚合合成聚乳酸的方法。

一种利用新型催化剂催化丙交酯开环聚合合成聚乳酸的方法，包括以下步骤：

S1、在真空条件下，将原料乳酸升温至80～110℃进行初步脱水脱气处理，按质量比1:30～50，将处理后的催化剂I和乳酸加入到预聚釜中，减压升温至120～140℃，预聚得到乳酸低聚物；

S2、按质量比100～180:1～3，将乳酸低聚物与混合物I共同加入到解聚釜中，在真空条件下，设定反应温度为150～170℃，在解聚釜中将乳酸低聚物解聚成环，生成丙交酯粗品，对丙交酯粗品进行纯化处理，得到纯化丙交酯；

S3、按质量比1～3:100，将催化剂II与纯化丙交酯共同加入到聚合釜中，在150～170℃的温度下开环聚合合成高相对分子量的聚乳酸。

优选的，所述步骤S1中的催化剂I为质量比为3～7:1:5～12的钛酸丁酯、氧化镧和氧化石墨烯的复配剂。

优选的，所述步骤S2的解聚过程中，需向解聚釜中通入浓度为99％的氮气。

优选的，所述步骤S2中的混合物I为质量比为1～2:1～2:7的1-(3-二甲胺基丙基)-3-乙基碳二亚胺、1-正丙基磷酸环酐和无水硫酸钠的复配剂。

优选的，所述步骤S3中的催化剂II包括以下重量份的原料：羧酸酯酶20～30份、磷酸缓冲盐溶液33～45份、4-二甲基氨基吡啶3～15份、三叔丁氧基氢化锂铝2～3份、十八烷基芥酸酰胺2～4份、甲氧基肉桂酸乙基己酯2～4份。