聚乳酸的合成及其共聚共混改性复合体系的研究

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聚乳酸(PLA)作为生物可降解高分子材料,以其优异的力学性能、生物相容性和生物可降解性在生物医学工程领域,如医用缝合线、骨科内固定、药物控制释放、组织修复等方面,得到了广泛的研究和应用。然而在生物医药领域中,聚乳酸材料为了满足不同的应用要求,需要通过与其他的物质共聚或调整分子结构来对性能加以调控。另外,由于聚乳酸材料性能较脆,加上制备成本较高,其应用还没有进入包装材料和地膜等方面。针对上述聚乳酸存在的缺点,本论文分为两部分对其进行改性研究,分别是聚乳酸及其共聚物聚乙丙交酯的制备与研究和聚乳酸共混改性体系的研究。   本论文的第一部分工作是L-丙交酯与聚L-乳酸的制备及其聚乙丙交酯共聚体系。针对聚乳酸材料成本过高,采用分子筛催化裂解制备L-丙交酯,对单体和聚合物的制备条件进行了研究;另外以多醇为引发剂,对星形多臂共聚物的制备条件进行了研究。   以L-乳酸为单体,ZnO和分子筛为混合催化剂制备L丙交酯,再以L-丙交酯为单体研究了聚L-乳酸的合成条件。我们采用红外光谱(FT-m)、核磁共振氢谱(1H-NMR)、熔点、比旋光度等手段,对L-丙交酯及聚L-乳酸的结构进行表征。结果证明加入分子筛催化裂解剂不会影响L-丙交酯及聚L-乳酸的结构。并对L-丙交酯的蒸馏时间、精产率及聚L-乳酸开环聚合反应中影响分子量的因素的进行了简单分析。结果发现加入分子筛催化裂解剂可以缩短蒸馏L-丙交酯的反应时间,提高L-丙交酯的精产率,从而节约制各L-丙交酯的成本,为扩大开环聚合法制备的高分子量PLLA的应用创造了技术条件;对聚L-乳酸的粘均分子量研究发现,在聚合过程中,相同条件下,真空度越高,制得的聚乳酸分子量就越高。   以D,L-丙交酯和乙交酯为单体,异辛酸亚锡(Sn(Oct)2)为催化剂,三季戊四醇(TPTOL)为多功能基引发剂,采用本体熔融聚合法,合成了八臂星形聚合物聚乙丙交酯(8-PLGA)。再与合成的双端胺基聚乙二醇(PEG-NH2)缩聚制备端胺基八臂星形嵌段共聚物8-PLGA-b-PEG。采用13C-NMR、FT-IR、凝胶渗透色谱(GPC)和差示扫描量热仪(DSC)等手段,对聚合物结构、相对分子量及其分布,以及熟性能进行表征。结果表明所得产物结构及分子量与设计值基本符合,玻璃化转变温度(T曲随分子量的增加而升高。合成的分子量可控的两亲性八臂星形嵌段共聚物8-PLGA-b-PEG,将有望应用于药物释放体系中,满足药物控制及靶向释放的要求。   近年来,由于不可降解塑料造成的白色污染日益加剧、石油资源逐渐减少、油品价格不断上涨。这就促使我们把研究的目标集中到如何降低聚乳酸制品的制备成本,研究制备可完全生物降解塑料膜,以扩大聚乳酸制品的应用领域。本论文的第二部分工作研究聚乳酸的共混改性体系,包括聚乳酸改性淀粉共混和聚乳酸改性多壁碳纳米管共混,分别对共混物的相容性、力学性能等进行了研究。   对聚乳酸和淀粉共混的研究主要是提高体系的相容性。研究了聚乳酸和改性淀粉的预处理酯化反应,通过红外光谱分析、固体核磁光谱分析及聚乳酸端羧基滴定证实了预处理酯化反应的发生。考察了酯化反应前后聚乳酸和改性淀粉共混体系相容性的变化。DSC分析和扫描电镜分析结果证实了共混物相容性的提高。实验结果表明,在聚乳酸和改性淀粉共混挤出前进行预处理酯化反应,可以提高材料的相容性和力学性能。   对聚乳酸和改性碳纳米管共混的研究主要是提高体系的力学性能。通过对多壁碳纳米管的酯化改性,提高了改性碳纳米管的亲酯性,进而通过溶液共混的方法,超声处理,使改性碳纳米管与聚乳酸得到了很好的分散,提高了两者的相容性,增强了材料的力学性能。透射电镜说明混酸对多壁碳纳米管的处理是成功的。拉曼光谱说明酸化处理没有破坏碳纳米管的结构。红外光谱与热重分析证实了碳纳米管酸化酯化改性的发生。扫描电镜分析结果证实了酯化改性后共混物相容性的提高。实验结果表明,通过超声分散和溶液共混的方法,聚乳酸和酯化改性碳纳米管共混物材料的力学性能得到了提高。  
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