一种聚乳酸生物降解高分子材料的合成方法与流程

本发明涉及高分子材料降解技术领域，具体为一种聚乳酸生物降解高分子材料的合成方法。

背景技术：

随着社会的发展，塑料已成为应用最为广泛的材料之一，按体积计算，塑料用量已居世界首位。但是伴随着合成高分子材料种类和数量的不断增加，在给人们的生活带来便利的同时，也给人类赖以生存的环境造成了不可忽视的污染。在人类使用的高分子材料中，用后废弃量占总量的50-60％，这些废弃物难以分解掉，因而造成了永久性的垃圾。国际上处理塑料垃圾的主要手段有填埋、焚烧和回收再利用。填埋占用大量的土地，并造成土壤恶化；焚烧容易差生有害气体；而回收再利用的难度较大，成本高。目前回收量仅占塑料垃圾总量的1％，塑料废弃物随地流散，影响市容，成为人们头痛的“白色污染”。

近年来，生物降解高分子材料的研究迅速发展，并且在不同领域的开发和应用日益广泛。生物降解高分子材料一般是指在生物或生物化学过程中可以发生的环境中能降解的高分子材料。生物降解性高分子材料的降解首先是高分子材料的表面被微生物粘附，其次微生物在高分子材料表面分泌酶，酶再作用高分子，并通过水解和氧化等反应将高分子断裂成低分子量的脆片，然后物生物吸收或消耗低分子的脆片，最终形成无污染的二氧化碳和水。但是现有的聚乳酸合成过程中催化剂的安全性未能得到有效的解决，甚至有的需要通入惰性气体，操作繁琐，不利于降低成本，为此，我们提出了聚乳酸生物降解高分子材料的合成方法投入使用，以解决上述问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种聚乳酸生物降解高分子材料的合成方法，以解决上述背景技术中提出的现有的聚乳酸合成过程中催化剂的安全性未能得到有效的解决，甚至有的需要通入惰性气体，操作繁琐，不利于降低成本的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种聚乳酸生物降解高分子材料的合成方法，该聚乳酸生物降解高分子材料的合成方法的具体步骤如下：

s1：以玉米秸秆为原料，利用生物发酵制备出乳酸单体；

s2：在500ml三口瓶中，加入20～40ml步骤s1中制备出的乳酸单体，然后再加入带水剂160～200ml，搅拌均匀；

s3：在三口瓶中添加占乳酸重量8％的催化剂，搅拌加热至130～135℃，反应时间30h；

s4：将反应溶液过滤除去反应溶液中的催化剂，然后蒸出带水剂，并用乙腈溶液溶解；

s5：将乙腈溶液滴入蒸馏水中析出聚乳酸，并用水洗3～5次后得到纯聚乳酸固体。

优选的，所述步骤s1中，生物发酵采用链球菌属作为发酵菌种。

优选的，所述步骤s2中，带水剂为二甲苯。

优选的，所述步骤s3中，催化剂为改性片麻岩。

优选的，所述改性片麻岩由片麻岩洗涤烘干后，用粉碎机粉碎成60目以上的粉末，并与硅离子、铝离子、钙离子、镁离子、铁离子和铜离子进行交换制成。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明乳酸可取自自然界，且含量丰富，减少生产成本，在自然界的微生物、水、酸、碱等功能介质的作用下，能完全分解，最终产物是二氧化碳和水，对环境无污染，且具有完全的生物降解性和良好的生物相容性，本发明采用改性片麻岩作为催化剂，其中改性片麻岩是一种较好的成酯反应催化剂，取决于自然界，而且对环境没有任何污染，其价廉、易得，反应后易分离。

附图说明

图1为本发明工作流程图；

图2为本发明反应时间与聚乳酸分子量的关系曲线图；

图3为本发明催化剂的用量与聚乳酸分子量的关系曲线图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种聚乳酸生物降解高分子材料的合成方法，该聚乳酸生物降解高分子材料的合成方法的具体步骤如下：

s1：以玉米秸秆为原料，利用生物发酵制备出乳酸单体，生物发酵采用链球菌属作为发酵菌种；

s2：在500ml三口瓶中，加入20～40ml步骤s1中制备出的乳酸单体，然后再加入带水剂160～200ml，搅拌均匀，带水剂为二甲苯；

s3：在三口瓶中添加占乳酸重量8％的催化剂，搅拌加热至130～135℃，反应时间30h，催化剂为改性片麻岩，改性片麻岩由片麻岩洗涤烘干后，用粉碎机粉碎成60目以上的粉末，并与硅离子、铝离子、钙离子、镁离子、铁离子和铜离子进行交换制成；

s4：将反应溶液过滤除去反应溶液中的催化剂，然后蒸出带水剂，并用乙腈溶液溶解；

s5：将乙腈溶液滴入蒸馏水中析出聚乳酸，并用水洗3～5次后得到纯聚乳酸固体。

请参阅图2：在通常情况下，聚乳酸的分子量随反应时间的延长而增加，由于聚乳酸的自缩聚是一个脱水平衡反应，小分子水到反应后期难以被除去，在反应初期，反应速率比较快，聚乳酸分子量迅速增加，随着反应时间延长达到30h时，整个反应趋于平稳，反应产物聚乳酸的分子量不再明显增加，反应体系有可能达到平衡点，可通过调节反应时间和破坏反应平衡来得到不同分子量的聚乳酸；

请参阅图3：当催化剂的加入量较少时，聚乳酸的分子量随着催化剂的用量增加而增大，当催化剂的用量达到8％时，聚乳酸的分子量达到最大值，当再增加催化剂的用量时，聚乳酸的分子量就不再增加，反而开始有所下降，从催化理论考虑，催化剂在反应中提供的活性点多少决定聚乳酸分子量的大小。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：

技术总结
本发明公开了高分子材料降解技术领域的一种聚乳酸生物降解高分子材料的合成方法，该聚乳酸生物降解高分子材料的合成方法的具体步骤如下：S1：制备出乳酸单体；S2：加入20～40mL步骤S1中制备出的乳酸单体，然后再加入带水剂160～200mL，搅拌均匀；S3：在三口瓶中添加占乳酸重量8％的催化剂；S4：将反应溶液过滤除去反应溶液中的催化剂，然后蒸出带水剂；S5：将乙腈溶液滴入蒸馏水中析出聚乳酸，本发明乳酸可取自自然界，且含量丰富，减少生产成本，在自然界的微生物、水、酸、碱等功能介质的作用下，能完全分解，最终产物是二氧化碳和水，对环境无污染，且具有完全的生物降解性和良好的生物相容性。

技术研发人员：郝成君;王莉;彭玉洁;白光普;张前进
受保护的技术使用者：平顶山学院
技术研发日：2017.04.06
技术公布日：2017.09.01