聚乳酸的合成机理及影响因素
瑞禧生物2025-02-12   作者:ZJ   来源:
字号大小:

聚乳酸(PLA)作为一种具应用前景的生物可降解高分子材料,其合成机理及影响因素的研究对于优化生产工艺、调控材料性能有着重要意义。

一、合成机理

1、直接缩聚法:
以乳酸为原料,在催化剂的作用下,通过脱水缩合反应来形成聚乳酸。乳酸分子中含有羟基和羧基,在适当的温度、压强以及催化剂条件下,羧基与羟基之间脱去水分子,逐步连接形成高分子链。例如,多个乳酸分子的羧基(-COOH)与相邻分子的羟基(-OH)发生反应,形成酯键(-COO-),随着反应的持续进行,高分子链不断增长。不过,直接缩聚法存在一个明显的问题,就是随着反应的推进,体系中生成的水难以排出,会导致反应平衡逆向移动,使得聚合度难以提高,往往只能得到相对低分子量的聚乳酸产物。

聚乳酸(PLA) 

 

2、开环聚合法:
首先要制备出乳酸的环状二聚体 —— 丙交酯。它是由两分子乳酸通过分子间脱水、环化形成的稳定环状化合物。然后,以丙交酯为单体,在引发剂(通常是一些有机金属化合物如辛酸亚锡等)的作用下进行开环聚合反应。引发剂引发丙交酯分子中的环酯键打开,新生成的活性中心再不断与其他丙交酯分子进行反应,使聚合链逐步增长,最终形成聚乳酸。开环聚合法相较于直接缩聚法更容易控制反应过程,能够合成出分子量较高、性能优良的聚乳酸材料。

 

二、影响因素

原料方面:
对于直接缩聚法而言,乳酸原料的纯度至关重要。杂质的存在可能会干扰缩聚反应的正常进行,例如一些含有的无机离子杂质可能会影响催化剂的活性,进而影响聚合反应速率和产物的分子量。而在开环聚合法中,丙交酯的纯度同样关键,若丙交酯中混有其他杂质或者异构体,会使引发剂的引发效率降低,导致聚合产物分子量不均一,影响聚乳酸的性能。

聚乳酸(PLA) 

 

催化剂因素:
不同类型的催化剂对聚乳酸合成的影响差异明显。在直接缩聚法里,像浓硫酸等质子酸类催化剂能加快脱水缩合反应速率,但它同时也容易引发副反应,导致产物颜色变深、性能变差。而在开环聚合法中,常用的辛酸亚锡等有机金属催化剂,其用量和活性对聚合反应起着决定性作用。用量过少,聚合反应缓慢,难以得到高分子量的聚乳酸;用量过多,则可能残留于产物中,影响聚乳酸的生物相容性等性能,并且合适的反应温度、时间等条件也是要与催化剂配合才能发挥效果。


总之,深入了解聚乳酸的合成机理以及各影响因素,生产出符合不同应用场景需求的高质量聚乳酸材料,推动其在包装、生物医学等诸多领域更好地发挥作用。