微波辐射法合成聚L-乳酸

论文摘要

聚乳酸（PLA）是以一种可以再生的植物资源为原料,经过化学合成制备的生物降解高分子。因其具有良好的可降解性和生物相容性,且降解和体内代谢产物是无害的二氧化碳和水,它被制成各种可降解的产品外包装材料,高效、低毒的生物医用材料,如药物缓释微球、手术缝合线、手术固定材料等,因此在环境保护和医学领域倍受重视。PLA常通过乳酸的直接缩聚和丙交酯开环聚合两种方法制备。由丙交酯开环聚合制备PLA是目前工业生产的基本方法,但该方法存在步骤多、技术要求高、设备投资大、产率低、产品成本高等诸多缺陷,所以各国研究者寄希望改进乳酸直接缩聚的这一方法,以获得短流程、低成本、高分子量的PLA。本文采用微波辐射,以L-乳酸为原料、SnCl2为催化剂合成了具有直链和星形结构的聚L-乳酸,采用FTIR、NMR对其进行了结构表征,进一步利用GPC和DSC对产物进行分析,优化了合成条件。（1）微波辐射条件下直链PLLA的合成在微波辐射条件下,120℃、负压和氮气保护下对L-乳酸单体进行脱水处理,然后加入一定量的催化剂SnCl2,在一定温度和时间下使其熔融缩聚。待反应结束后将产物首先用三氯甲烷溶解,再用乙醇将其分级沉淀,将最终产物置入真空干燥箱内干燥,采用FTIR、1H NMR对产物进行结构表征,证明产物是具有直链结构的聚L-乳酸（PLLA）。进一步利用GPC和DSC对不同温度和反应时间下合成产物进行分析,优化了合成条件,得出当反应温度为155℃、反应时间为3 h时,微波辐射、负压和氮气保护条件下合成的具有直链结构的聚乳酸粘均分子量和玻璃化温度均较高。实验分析结果还得出,氮气流量的大小对合成产物颜色的影响较大,当氮气流量较大时产物纯度较大,氮气流量小时产物白度较小。（2）微波辐射条件下星形SPLLA的合成在微波辐射条件下,120℃、负压和氮气保护下对L-乳酸单体进行脱水处理,然后加入一定量的引发剂季戊四醇和催化剂SnCl2在一定温度和时间下使其熔融缩聚。待反应结束后将产物首先用三氯甲烷溶解再用乙醇将其分级沉淀,然后将样品置入真空干燥箱内干燥。采用FTIR、13C NMR对产物进行结构表征,证明产物是具有四臂星形结构的聚L-乳酸（SPLLA）。进一步利用GPC和DSC对不同温度和反应时间下合成产物进行了分析,优化了合成条件,得出当反应温度为155℃、反应时间为7 h时,微波辐射条件下合成的SPLLA的粘均分子量和玻璃化温度均较高。利用DMA对PLLA和SPLLA的机械性能进行了分析比较得出,SPLLA具有应变小、恢复快、有利于保持产品外形尺寸的特性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 概述
• 1.1 生物降解高分子
• 1.1.1 开发生物高分子的意义
• 1.1.2 生物降解高分子定义
• 1.1.3 生物降解高分子的种类
• 1.1.4 生物降解高分子的应用
• 1.2 微波在有机合成中的应用
• 1.2.1 微波辐射
• 1.2.2 微波介电加热
• 1.2.3 介电性质
• 1.2.4 微波与常规加热法的比较
• 1.2.5 微波效应
• 1.2.6 微波辅助的高分子合成反应
• 1.3 聚乳酸概述
• 1.3.1 聚乳酸的特性和应用
• 1.3.2 聚乳酸的研究开发进展
• 1.3.3 聚乳酸的合成与性质
• 1.4 本课题的研究背景和内容
• 第2章 微波辐射法合成直链聚L-乳酸
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验原理
• 2.2.2 实验流程
• 2.2.3 主要仪器及试剂
• 2.2.4 单体的纯化
• 2.2.5 微波辐射熔融缩聚
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 产物的表征
• 2.3.2 实验条件对PLLA性能的影响
• 2.4 小结
• 第3章 微波辐射法合成星形聚L-乳酸
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 合成原理
• 3.2.2 实验流程
• 3.2.3 主要仪器及试剂
• 3.2.4 单体的纯化
• 3.2.5 微波辐射熔融缩聚
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 产物的表征
• 3.3.2 实验条件对SPLLA性能的影响
• 3.3.3 SPLLA和PLLA的机械性能比较
• 总结
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间的研究成果