[发明专利]一种有机半导体引发剂及其在聚乳酸合成中的应用

说明书

本发明涉及一种有机半导体引发剂及其在聚乳酸合成中应用，该引发剂为含羟基或羧基的共轭有机化合物，能够有效引发丙交酯聚合生成聚乳酸。并且，该引发剂可以作为有机半导体光催化剂，通过利用可见光进一步调节聚乳酸的降解性能。使用该有机半导体引发剂制备的聚乳酸具有优良的力学性能和降解性能。

技术领域

本发明涉及一种有机半导体引发剂及其在聚乳酸中的应用，具体涉及一种有机半导体引发剂以及利用该有机半导体引发剂制备聚乳酸的方法。

背景技术

聚乳酸是一种发展潜力巨大的生物可降解聚酯，具有良好的生物可降解性、生物相容性、热加工性，在食品包装、纺织、药物缓释、组织工程等方面有着重要应用，同时，其复合材料在汽车内饰、建筑材料等领域也有着广阔应用前景。通常，PLA主要由乳酸直接缩聚或丙交酯开环聚合制备得到。相比于直接缩聚法，开环聚合法可以得到更高分子量的聚乳酸。开环聚合法以丙交酯为单体，通常需要加入引发剂和催化剂。

在开环聚合中通常添加带有端羟基的引发剂来引发聚合，如乙二醇、1,4－丁二醇、新戊二醇、己六醇等。理想条件下，合理的引发剂加入量可设计并可制备确定相对分子质量聚乳酸。但在实际反应中，产品的分子量对引发剂的用量极为敏感，并且目标分子量越高，对于用量越敏感。目前常用的引发剂相对于最终产品质量的用量都很小，一般为0.05％～0.2％，给引发剂的称量、加入和反应过程中的均匀分散造成了实际生产上的困难。同时，对于目前常用的引发剂来说，由于其本身存在一定的吸水性，可能会引入一些水分，导致分子量难以进一步提高，力学性能不佳。为此，有必要开发出一种更有利于产品生产稳定的引发剂和聚合方法。

CN111499842公开了一种开环聚合法制备聚乳酸的生产方法及预聚物混合物和聚乳酸，该方法先将引发剂、催化剂和单体进行反应生成包含较低分子量的聚乳酸预聚物的预聚物混合物，然后再将预聚物与单体进行生成高分子量的聚乳酸，通过此方式能够降低引发剂的投料波动，提高高分子量聚乳酸产品在生产过程中的生产稳定性。但是，其过程较为繁琐，需要先合成预聚物，再得到最终产品。

CN110903474公开了一种硅烷改性聚乳酸及其制备方法和应用，可用于制备具有可降解性的胶黏剂，其制备方法为，先将聚醚多元醇与丙交酯反应制备聚乳酸多元醇，再将所述聚乳酸多元醇与环氧化合物反应制备低酸值聚乳酸多元醇，最后将低酸值聚乳酸多元醇与含异氰酸酯基的烷氧基硅烷反应制备最终产物。其制备过程中需通过中间产物聚乳酸多元醇。

此外，聚乳酸的降解是由于其分子链中存在着对水和热都比较敏感的酯键，在高温有氧及潮湿环境下，酯键断开发生不同程度的降解。但是聚乳酸的降解性不易直接调节，对于一些应用需求，例如一次性塑料吸管，需要进一步提高降解性。而光催化技术可以用于降解有机污染物，其作用机理是：半导体吸收能量大于禁带宽度的光子，电子受到激发跃迁，形成电子-空穴对；接着，电子和空穴迁移到半导体表面，当能带边缘符合氧化还原电势要求时，电子和空穴就会与有机物污染物发生氧化还原反应，使得有机污染物降解。目前使用的光催化剂大多为金属氧化物，如TiO₂、NaTaO₃等材料，但其仅在紫外光范围内有光响应，此部分能量占比较低(5％左右)，而太阳光总能量主要集中在400-700nm的可见光范围，因此具有更多可见光响应的有机半导体光催化剂具有很大的潜力，但目前没有文献公开使用有机半导体光催化剂作为引发剂用于聚乳酸制备的方案。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有高分子量聚乳酸生产工艺存在对引发剂称量要求精度高、投料质量的波动对产品质量影响大、引发剂用量少而混合困难等因素造成生产不稳定的缺陷，提供一种有机半导体引发剂以及一种聚乳酸的制备方法，该引发剂具有合适的分子量，能够降低引发剂的投料波动，并且具有很好的稳定性，提高了高分子量聚乳酸产品在生产过程中的生产稳定性，利用该引发剂制备的聚乳酸具有良好的力学性能和降解性能。另一方面，由于有机半导体具有能级易调控的优点，吸收的可见光范围更广，对太阳光的利用率更高，更有利于有机物的分解。

为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：