开环聚合法合成聚酸酯:实验原理

21世纪,寻求利用可再生资源,使用环境友好的高分子合成材料,成为高分子科学和技术发展的一大方向。

聚乳酸(Poly—Lactic Acid,PLA)是以淀粉发酵产物——乳酸(Lactic Acid)为单体聚合而成的一种新型的聚酯类高分子化合物。聚乳酸原料来源充分而且可以再生,生产过程无污染,聚乳酸产品具有良好的生物降解性、生物相容性和生物可吸收性,废弃后能被微生物完全降解成CO2和H2O,实现在自然界中的循环,对人体无害无毒,对环境无污染,是理想的绿色高分子材料。因此,发展聚乳酸是解决塑料废弃物对环境污染以及缓解石油资源短缺的有效途径。

聚乳酸的研究和开发可追溯到20世纪二三十年代。美国化学家卡罗瑟斯在1932年缩聚合成了聚乳酸,但由于所得聚合物产量低、分子量小与机械性能差,作为强度材料几乎没有实际用途,未引起人们重视。1954年,美国杜邦公司采用丙交酯(Lactide)开环聚合的方法获得了高分子量的聚乳酸,但因为聚乳酸在潮湿环境中会缓慢降解,该成果并未受到重视。直到20世纪60年代后期,聚乳酸才因其良好的生物相容性和生物可降解性而在生物医药领域得到成功的应用。20世纪80年代以来,聚乳酸具有的通用塑料性能得到认识和开发,聚乳酸的大规模工业化生产开始兴起,聚乳酸开始广泛应用于其它领域。

长期以来,聚乳酸的合成主要沿用两种方法:乳酸直接聚合和乳酸通过中间体丙交酯间接聚合。聚乳酸的直接聚合是典型的缩聚反应。其聚合反应过程如下:

CHCH3OHCOOH→ 聚合 HO→CHCH3COOH

间接聚合法是乳酸通过中间体丙交酯开环合成聚乳酸的方法:

CHCH3OHCOOH→ 预聚合 O→CHCH3CO

→ 酯化成环 〖1〗O〖4〗OCH3OCH3O→ 开环聚合

CHHOCH3COO→CHCH3COO→CHCH3COOH

虽然直接聚合法合成路线简单,但是间接聚合法合成聚乳酸,不需引入特殊助剂,产物分子量可高达数十万乃至数百万,是现阶段直接缩聚法所不能比拟的。因此,间接聚合法是目前全球使用最多的聚乳酸生产方法,当今市场上已经出现的聚乳酸产品大部分是采用此法生产的。

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