[发明专利]生产聚乳酸类材料的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及生产聚乳酸类材料的装置和方法，更具体地，涉及生产单体残留量低的聚乳酸类材料的装置和方法。

背景技术

近年来，随着聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯和聚氯乙烯等塑料制品的广泛使用，使用后的废弃物的处理也成为日益严重的环境问题之一。通常将这些废弃物焚烧处理或掩埋处理。焚烧处理会产生有害气体。由于上述塑料制品的化学稳定性高，掩埋处理后几乎不会发生微生物分解，而是呈半永久的状态残留下来。

为解决上述问题，研究者们大力开发环境友好的可生物降解的聚合物，其中之一就是聚乳酸。聚乳酸可通过将作为主要原料的淀粉发酵获得乳酸，再将所得乳酸缩聚而制备。聚乳酸具有良好的生物降解性、生物相容性、物理机械性能和优异的加工性能，广泛用于包装、壳体、容器、餐具、医疗产品等许多方面。聚乳酸制品在使用被丢弃后，可在堆肥条件下微生物分解成二氧化碳和水，从而缓解由塑料制品废弃物带来的日益严重的环境压力。

目前，聚乳酸主要通过间接合成法(即丙交酯开环聚合法，也称作两步聚合法)制备，其中将乳酸或乳酸酯用作原料，将所述原料脱水低聚获得低分子量的聚乳酸，然后将聚乳酸高温裂解获得单体丙交酯，最后将丙交酯开环聚合获得聚乳酸。

存在许多丙交酯开环聚合工艺。

例如美国专利5,378,801公开了制备可再吸收聚酯的方法，所述聚合过程在挤出机中连续进行，其中所述聚酯可为聚L-丙交酯、聚DL-丙交酯或聚乙交酯等。

例如欧洲专利申请EP 0664309A公开了制备聚乳酸的方法，所述方法包括：(a)在熔融状态下将用作主要原料的乳酸聚合获得聚乳酸；和(b)通过在比最终聚合物产物的熔点低的温度下将在步骤(a)中获得的聚乳酸在固相进一步聚合。

例如美国专利6,214,967公开了将丙交酯聚合为聚丙交酯的两步法，所述方法包括其中将丙交酯聚合为聚丙交酯进行至至少50重量％的转化率的第一步，以及其中在避免熔体混合和丙交酯蒸发的条件下将聚丙交酯进一步聚合至高转化率的第二步，其中在第二步中温度为180-250℃。其中第一步在挤出机中进行，第二步可在管式反应器中进行。

例如中国发明专利申请CN 101353417A公开了由丙交酯类单体合成聚乳酸类材料的多级反应连续聚合装置，其中在预聚釜中将单体进行预聚至单体转化率为5-40％，在双螺杆挤出机将单体聚合至单体转化率为70-90％，最后在管式反应器中将单体进一步聚合使得单体转化率可达80-99％。

通过上述丙交酯开环聚合工艺制备的产物中丙交酯类单体的残留量较高，不利于产物的后加工。

发明内容

鉴于上述现有技术状况，本申请的发明人在通过丙交酯类单体开环聚合制备聚乳酸类材料的技术领域进行了广泛深入的研究，以期能够高单体转化率地生产单体残留量低的聚乳酸类材料。结果发现通过首先将熔融的丙交酯类单体预聚，然后在管式反应器中直接将所得预聚物进一步聚合可高单体转化率地生产单体残留量低的聚乳酸类材料。发明人正是基于上述发现完成了本发明。

本发明的目的是提供一种生产聚乳酸类材料的装置。

本发明的另一目的是提供一种生产聚乳酸类材料的方法。

本发明一方面提供了一种生产聚乳酸类材料的装置，所述装置包括：

用于预先将丙交酯类单体熔融的预熔釜；

用于将丙交酯类单体熔体预聚的预聚釜；

用于直接将预聚物进一步聚合的管式反应器；和

用于脱除所得聚合物中残留的丙交酯类单体的挤出机；

其中预熔釜、预聚釜、管式反应器和挤出机依次连接在一起。

本发明另一方面提供了一种生产聚乳酸类材料的方法，所述方法包括：

a)预先将丙交酯类单体熔融；

b)将丙交酯类单体熔体预聚；

c)在管式反应器中直接将步骤b)所得预聚物进一步聚合；和

d)将步骤c)所得聚合物中的残留丙交酯类单体脱除获得聚乳酸类材料。

本发明的这些和其它目的、特征和优点在结合如下附图整体考虑本发明后，将易于为普通技术人员所明白。

附图说明

图1示出了本发明一个实施方案的生产聚乳酸类材料的装置和工艺流程。

具体实施方式

本文所使用的术语“丙交酯类单体”是指DL-丙交酯、L-丙交酯、乙交酯、ε-己内酯、三亚甲基碳酸酯、二噁烷酮或其任意混合物。本发明所用丙交酯类单体可市购或通过本领域技术人员已知的方法合成。