低碳高效合成纺丝级聚乳酸的方法及机理的研究

聚乳酸是目前可由非石油路线制备的性价比最高的生态环境友好材料。通常以发酵得到的乳酸为原料，经低聚、裂解得到丙交酯单体，然后经过精馏提纯，由本体聚合得到聚乳酸。目前产业化聚合一般采用熔融本体聚合釜式或塔式反应器，反应时间在20小时以上。本项目拟开发一种新型的管道式静态混合反应方法，改善聚合反应传质传热过程，从而加快丙交酯的开环聚合，缩短聚合反应时间在几小时或几十分钟以内，并提高产物的旋光纯度。拟采用高效希夫碱铝立体选择性催化剂及其复合催化体系，并与辛酸亚锡复合催化体系比较，研究其催化活性、催化机理及对产物立体选择性的影响；探讨管道式静态混合反应体系中丙交酯的开环聚合反应动力学，完善聚合装置及其反应条件，开发出低碳高效合成纺丝级聚乳酸的新方法。在此基础上，进一步形成新型的直接聚合纺丝技术。此项研究工作将对我国聚乳酸纤维及其原料的产业化生产提供理论和技术指导。

本项目采用新型的管道式静态混合反应方法快速制备了纺丝级聚乳酸，并将此方法与双螺杆反应挤出制备聚乳酸等方法进行了比较研究。探讨了丙交酯原料性质、催化剂的种类及其用量、聚合温度、物料在反应装置中的循环次数或聚合时间、物料的流速或螺杆转速等因素对聚乳酸产物性能的影响。通过比较管道式静态混合反应法和双螺杆反应挤出法的丙交酯开环聚合反应动力学、剪切速率和混合性能等，确定了管道式静态混合反应方法是制备纺丝级聚乳酸较理想的工艺路线，并由此在较短时间(2小时)内高效制备出优质的纺丝级聚乳酸。在此基础上，初步探讨了聚乳酸产物的流变性能、纺丝性能及其他一些成型加工前景。本项目至今已发表或录用论文9篇（其中国外5篇），申请发明专利5项（其中授权2项）。这些研究工作为今后低碳高效实施聚乳酸的快速合成以及拓展其在服用纤维和功能纤维、复合材料、薄膜和中空胶囊等领域的应用奠定了基础。