[发明专利]一种直接合成高分子量聚乳酸的方法

说明书

本发明涉及一种直接合成高分子量聚乳酸的方法，包括预缩聚、初次添加催化剂、再次添加催化剂及干燥剂、分离清洗提纯，本发明方法通过溶液聚合方法，配合装填干燥剂的除水装置的使用，促使反应向聚合方向进行，得到重均分子量(Mw)为2～10万的高分子量聚乳酸产品，此外采用单釜操作，简化了操作工艺，提升产物收率明显，降低了生产工艺难度，本发明方法直接使用乳酸作为原料，使用的催化剂反应体系低毒或无毒、高效，聚合反应速度快，较常规方法平均缩短反应时间为10～20小时，降低了聚乳酸生产成本，提高生产效率。

技术领域

本发明涉及聚乳酸的制备方法，特别涉及一种高分子量聚乳酸的直接合成方法。

背景技术

聚乳酸作为一种优秀的环境友好材料，在自然环境中容易降解，是解决传统塑料在环境中累积的有效手段。塑料是高分子材料的一种，因质量轻、价格低而在日常生活中普遍使用，作为一次性可抛弃用品有着广泛的应用。但通过塑料制成的一次性可抛弃用品在给人们日常生活带来便利的同时，也因为塑料的不可降解性造成了巨大的环境污染，有研究报道塑料在自然环境中可存在超过100年以上，更为严重的是经各种因素流入海洋的塑料垃圾已对海洋环境和生物造成了巨大的伤害。随着各国日益重视环境保护，清理塑料垃圾的背景下，聚乳酸(PLA)材料的开发与应用也日益受到重视。另外，为了减少温室气体排放，碳达峰与碳中和已明确入我国未来长期计划，相比某些石化基降解材料，作为植物基可降解材料的聚乳酸在减少碳排放方面也有着积极的作用。

在目前聚乳酸工业生产合成路线中存在着“一步法”与“两步法”两种合成路线，比较常见的“两步法”也称作“间接法”，是通过乳酸的二聚体丙交酯开环聚合得到。虽然用此方法可以合成分子量较高的聚乳酸，满足一般性使用，但是作为聚合原材料用的丙交酯单体提纯工艺复杂，产量有限，导致生产成本偏高。

而通过直接由乳酸聚合而成则被称为一步法，也称为直接法，可以避免使用丙交酯，有效降低成本。但反应温度一般在高温、高真空下进行，反应条件较为苛刻，同时得到的产物分子量较低，很能满足基本使用。因此也有研究在直接法聚合低分子量聚乳酸产品后，再通过固相缩合，反应挤出等工艺，继续加深反应得到更高分子量的聚乳酸，例如专利CN200410052604.7。但此种操作增加了工艺步骤，在反应中需要进行预聚物的预结晶处理及粉碎，分时段通入惰性气体，移入旋转的反应器等多步骤操作，设计工艺步骤复杂，不是真正意义上的一步法反应。

此外，也有现有技术CN201410026290.7记录实验室小剂量合成聚乳酸的直接溶剂聚合制备方法，但该方法存在须通入氮气控制真空度、分多步骤除水、添加催化剂、添加溶剂的等繁琐要求，操作工艺复杂，以及副反应多等缺点，产品收率不稳定，无法直接适用于工业大剂量生产中，解决高生产成本问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种直接合成高分子量聚乳酸的方法，直接得到重均分子量(Mw)为2～10万左右的高分子量聚乳酸。本发明通过溶液聚合方法，不增加额外工艺步骤，反应后直接得到较高分子量聚乳酸。

为解决上述技术问题，本发明的技术解决方案是这样实现的：

一种直接合成高分子量聚乳酸的方法，包括以下步骤，

1)预缩聚，将乳酸与溶剂a共同加入冷凝回流反应釜中，开启搅拌，将反应温度升至120℃～200℃之间进行预缩聚得到聚乳酸预聚物，反应时间为2～5小时，生成水通过冷凝回流装置排出；

2)初次添加催化剂，保持步骤1)反应条件，向冷凝回流反应釜内加入用量为聚乳酸预聚物0.1wt％～0.5wt％的催化剂，催化剂为元素周期表中第II、III、IV和V族的金属、金属氧化物或金属盐，或者使用有机磺酸、烷基金属为助催化剂与第II、III、IV和V族金属、金属氧化物或金属盐组成催化剂，反应时间为10～20小时；