生物可降解材料乳酸共聚酯的合成及改性

论文摘要

本文的目的是开发出一种实用的生物基乳酸共聚材料,为促成L-乳酸的大规模开发提供依据。聚乳酸（PLA）是一种可再生的具有优良生物相容性和生物可降解性的脂肪族聚酯类高分子,有望成为不可再生的石油基聚合物的替代品。但在聚乳酸的制备及工业化进展中还存在许多问题,其中最大的障碍是目前聚乳酸的生产成本和价格较高,限制其在各方面的应用;其次是聚乳酸的耐热性差,结晶速度慢,产品硬而脆,限制了其作为工程塑料和纤维的应用。目前通过丙交酯开环聚合的生产PLA的方法已实现工业化,但该法合成路线长、成本高。熔融缩聚法制备聚乳酸可降低成本,但还很难合成高分子量的聚乳酸。本文提出:加入少量L-丙氨酸,可用较短时间制备出9万分子量的P（LA-Ala）共聚物;进而,为了改善聚乳酸硬而脆的缺点,用自制的高强度高韧性的可降解聚酯——聚对苯二甲酸丁二酸乙二醇酯（PSET）,与聚乳酸进行共混,得到了有优良力学性能的、能应用于生物可降解市场的改性聚乳酸材料。本文的研究的主要内容是:（1）讨论缩聚温度、酯化时间、缩聚时间对聚合产物的分子量影响,制备出Mη为8.77×104的PLLA,探索出合成聚乳酸的最佳工艺路线为:120℃减压脱水2h,加入0.5wt%（对乳酸的重量百分比）的催化剂,逐步升温减压酯化6h（真空度约1300Pa左右）,逐步减压至70Pa以下,升温至180℃,真空度（?）70Pa反应25h。研究了不同含量L-丙氨酸的加入对共聚产物分子量的影响,发现当L-丙氨酸含量为乳酸含量1.5%（摩尔比）,缩聚时间10h,制备出的P（LA-Ala）的分子量可达到纯的乳酸聚合25h的水平,并对共聚物的结构进行了推测。（2）用FT-IR和1HNMR对聚合物的结构进行了表征,确认合成的确实是PLLA和P（LA-Ala）;通过DSC分析,发现产物的熔点（Tm）和玻璃化转变温度（Tg）随分子量的增加而增加;随L-丙氨酸的加入,共聚物的结晶度逐步降低。通过TGA分析,产物的热分解温度随L-丙氨酸含量的增加而减小,产物的降解速度加快。（3）将PLLA与自制聚酯PSET（聚对苯二甲酸丁二酸乙二醇酯）进行共混,降低了材料的拉伸强度,提高了材料的冲击强度,当PSET的含量在20%时,两种材料的相容性相对较好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 乳酸及聚乳酸
• 1.3 聚乳酸的合成
• 1.4 聚乳酸的改性
• 1.5 聚乳酸的应用
• 1.6 本论文研究的目的及意义
• 1.7 本论文研究的内容
• 1.8 本论文研究的创新点
• 第二章 聚乳酸及其共聚物的合成与表征
• 2.1 前言
• 2.2 实验部分
• 2.3 结果与讨论
• 2.4 本章小结
• 第三章 PLLA及其共聚物的结构和热性能分析
• 3.1 引言
• 3.2 结构分析
• 3.3 热性能分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 PSET增韧改性聚乳酸初步探索
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.3 结果与讨论
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论及展望
• 5.1 结论
• 5.2 总结与展望
• 参考文献
• 发表论文
• 致谢