[发明专利]用于引发丙交酯开环聚合的催化剂体系与聚乳酸的制备方法

说明书

本发明提供了一种用于丙交酯开环聚合的催化剂体系，由环状酰胺与碱金属醇盐反应得到。本申请还提供了上述催化剂体系的制备方法。本申请还提供了一种制备聚乳酸的方法。本申请以环状酰胺与碱金属醇盐反应得到的催化体系作为丙交酯开环聚合的催化剂，该混合体系能够快速、可控地催化和引发丙交酯的开环聚合以制备聚乳酸材料，且该催化体系的制备和使用过程简单、可操作性强，同时用于制备该催化体系的环状酰胺可满足商品化且廉价、易得的要求。

技术领域

本发明涉及催化剂技术领域，尤其涉及一种用于引发丙交酯开环聚合的催化剂体系与聚乳酸的制备方法。

背景技术

聚乳酸是产量最大、用途最广泛的可降解高分子材料之一，在包装材料、工程塑料、生物医学材料以及微电子等领域有大量的应用，近年来在工业界和学术界都受到了广泛的关注。

目前，工业上常采用辛酸亚锡催化丙交酯开环聚合的工艺获得聚乳酸材料。然而，该方法所得到的聚乳酸产品中残存的锡元素具有潜在毒性，从而限制了其应用。为解决这一问题，Hedrick等学者和 Waymouth等学者共同研发了一系列有机催化剂用于丙交酯的开环聚合反应。

更进一步地，为同时达到高催化活性、高可控性、聚合过程简单且可操作性强等目标，Hedrick和Waymouth等人共同发展了硫脲或脲类化合物直接与醇盐混合产生酸碱双功能催化剂和引发剂的方法(图1A)用于丙交酯的开环聚合，实现了简便、高效、可控地合成聚乳酸材料的方法。然而，该技术涉及的硫脲及脲类化合物大多目前尚未实现商品化，导致该技术的实施者需事先通过有机反应制得，而该类有机反应的主要原料是具有较大潜在毒性的异硫氰酸酯类、异氰酸酯类和苯胺类等化合物。若能将硫脲或脲类有机化合物替换为其它商品化且廉价、易得的化合物，如酰胺类化合物，将有利于解决这一问题。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种用于引发丙交酯开环聚合的催化剂体系，本申请提供的催化剂体系具有较高的催化活性与可控性。

有鉴于此，本申请提供了一种用于引发丙交酯开环聚合的催化剂体系，由环状酰胺与碱金属醇盐反应得到。

优选的，所述环状酰胺为6-己内酰胺、5-戊内酰胺、4-丁内酰胺、 2-咪唑烷酮、2-噁唑烷酮、1,3-二氢-吲哚-2-酮、5-甲基-1,3-二氢-吲哚 -2-酮、5-甲氧基-1,3-二氢-吲哚-2-酮、5-氟-1,3-二氢-吲哚-2-酮或6,7- 二甲基-1,3-二氢-吲哚-2-酮；所述碱金属醇盐的碱金属为钾或钠；所述碱金属醇盐的醇为甲醇、乙醇、正丙醇、正丁醇、苯甲醇、乙二醇、丙三醇、季戊四醇、聚乙二醇、聚乙二醇单甲醚、聚四氢呋喃、聚碳酸酯多元醇或聚酯多元醇。

优选的，所述碱金属醇盐为甲醇的钠盐、甲醇的钾盐、乙醇的钠盐、乙醇的钾盐、聚乙二醇的钠盐或聚乙二醇的钾盐。

优选的，所述环状酰胺与碱金属醇盐的摩尔比为(0.5～50)：1。

本申请还提供了一种用于丙交酯开环聚合的催化剂体系的制备方法，包括：

将环状酰胺与碱金属醇盐在有机溶剂中反应；

或，将环状酰胺、醇化合物与强碱化合物在有机溶剂中反应。

优选的，所述反应的温度为150～150℃，所述反应的时间为 0.5～60min。

优选的，所述有机溶剂选自二氯甲烷、1,2-二氯乙烷、三氯甲烷、四氢呋喃、甲基叔丁基醚、二乙醚、甲苯、苯、氯苯、丙酮、二甲基亚砜和乙腈中的一种或多种；所述环状酰胺在所述有机溶剂二甲基亚砜中的酸度系数为17～20。

优选的，所述强碱化合物为氢化钠、氢化钾、N,N-二(三甲基硅基)氨基钠、N,N-二(三甲基硅基)氨基钾或叔丁醇钠。

本申请还提供了一种聚乳酸的制备方法，包括：