孙媚华,周红军,陈 迁,鲁 红,宋光泉＊

新型催化剂催化直接缩聚法合成聚乳酸研究

孙媚华1,周红军1,陈 迁2,鲁 红1,宋光泉1＊

(1.仲恺农业工程学院化学化工学院,广东广州510225;2.中国科学院广州生物医药与健康研究院,广东广州510663)

采用NaBr、NaCl、NaI、KI、KCl与 KBr作为D,L-乳酸直接缩聚合成聚乳酸(PLA)的催化剂,比较了各种催化剂的催化效果。研究了催化剂浓度、反应时间、反应温度对聚合反应的影响。通过红外光谱、核磁共振、凝胶渗透色谱、差示扫描量热及热重分析等测试方法对PLA的结构和性能进行了表征。结果表明,KI的催化效果最佳;当催化剂 KI用量为单体用量的0.2倍(物质的量比),反应时间为12 h,聚合温度为130℃时,PLA的重均相对分子质量为1.151×105,产率为70.73%。PLA的相对分子质量越大,玻璃化转变温度(Tg)越高。PLA的热分解温度随催化剂用量的增加而下降。

聚乳酸;碘化钾;缩聚;催化剂浓度;反应时间;反应温度;重均相对分子质量

Abstract:The direct polycondensation method with different catalysts was used to synthesize poly(lactic acid)(PLA)from D,L-lactic acid,the catalytic effect of NaBr,NaCl,NaI,KI,KCl and KBr was compared.The influences of dosage of catalysts,reaction time and reaction temperature on the polymerization were discussed.The PLA was characterized using infrared spectroscopy,nuclear magnetic resonance,gel permeation chromatography,differential scanning calorimetry and thermogravimetry.It showed that KI was the optimum catalyst.When the molar ratio of KI to D,L-lactic acid was 0.2,polymerization time was 12 h,reaction temperature was 130℃,the weight-average molecular weight of the obtained PLA was 1.151×105with a yield of 70.73%.With increasing relative molecular mass of PLA,the glass transition temperature increased.The thermal decomposition temperature of PLA decreased with increasing dosage of catalysts.

Key words:poly(lactic acid);potassium iodide;polycondensation;catalyst concentration;reaction time;reaction temperature;weight-average molecular weight

0 前言

PLA是由乳酸在适当条件下脱水缩合而成的具有良好生物降解性、兼容性及吸收性的可降解脂肪族聚酯,具有良好的力学性能及物理特性,是一种经美国食品和药品管理局批准的广泛应用于医药及食品中的最有发展前途的新型包装材料[1-5],在医疗植入、组织再生、手术缝合线、药物控制释放体系、骨折内固定等方面已得到广泛应用,是一种安全高效的高分子医用材料[6]。

目前PLA主要有2种合成路线：开环聚合法和直接缩聚法。开环法是先将乳酸脱水制得丙交酯,然后丙交酯开环聚合得到PLA,此法得到的PLA相对分子质量高、热稳定性较好,但此法要求高纯度的丙交酯,生产工艺复杂,导致 PLA的价格高,从而限制了其应用[7]。……