材料化學(xué) 課件 9 高分子材料制備工程案例1 聚乳酸合成與產(chǎn)業(yè)化

高等材料化學(xué)第十一章：高分子材料與制備工程案例2高分子材料制備——工程案例工作：產(chǎn)業(yè)開發(fā)求學(xué)：理論研究3

陳學(xué)思

院士

研究方向：生物降解高分子材料

楊

柏

教授

研究方向：膠體晶體自組裝高分子材料制備——工程案例共同探討：學(xué)“理論”的研究生，如何做“工程”？工程案例1：聚乳酸合成與產(chǎn)業(yè)化工程案例2：醫(yī)用高分子應(yīng)用開發(fā)工程案例3：ε-己內(nèi)酯的產(chǎn)業(yè)化4工程案例1：聚乳酸合成與產(chǎn)業(yè)化高分子材料制備——工程案例5選題思路：面向應(yīng)用、超前布局案例1：聚乳酸產(chǎn)業(yè)化6傳統(tǒng)塑料不可降解，污染環(huán)境賓夕法尼亞大學(xué)研判：生物降解高分子材料將會迎來重要的發(fā)展機遇經(jīng)過調(diào)研：將生物可降解高分子材料作為主攻研究方向完全降解，生成二氧化碳、水797年亞洲金融風(fēng)暴玉米、木薯淀粉、糖乳酸丙交酯、聚乳酸制品堆肥生物可降解聚乳酸材料98年特大洪澇災(zāi)害實惠耐用最受青睞案例1：聚乳酸產(chǎn)業(yè)化8案例1：聚乳酸產(chǎn)業(yè)化聚乳酸合成路線乳酸聚乳酸（PLA）丙交酯兩步法一步法-H2O開環(huán)聚合-H2O案例1：聚乳酸產(chǎn)業(yè)化9工藝流程設(shè)備要求原料要求難點問題原因解析解決方案副作用產(chǎn)品質(zhì)量一步法主要設(shè)備：縮聚釜較高：純凈乳酸(剔除糖類、蛋白質(zhì)、鹽類等)聚合后期、除水困難、縮聚和解聚的動態(tài)平衡分子量增大、黏度增大、傳質(zhì)、傳熱難度加大提高溫度黃變、熱解、消旋分子量不高、分布寬、消旋化；不穩(wěn)定、不可控，性能差抽真空解拉鏈加溶劑溶劑殘留兩步法主要設(shè)備：低聚設(shè)備裂解設(shè)備

聚合設(shè)備不高：低品級乳酸即可，甚至廢料、下角料結(jié)焦嚴重、收率不高、產(chǎn)物復(fù)雜反應(yīng)劇烈、可控度低催化劑研發(fā)難度高分子量高、分布可控性好、旋光純度好、性能穩(wěn)定重結(jié)晶易燃易爆消防安全減壓蒸餾設(shè)備投入大10案例1：聚乳酸產(chǎn)業(yè)化聚乳酸合成路線乳酸聚乳酸（PLA）丙交酯一步法兩步法案例1：聚乳酸產(chǎn)業(yè)化11兩步法合成聚乳酸乳酸低聚乳酸高分子量聚乳酸丙交酯脫水低聚裂解開環(huán)聚合結(jié)焦嚴重收率不高產(chǎn)物復(fù)雜高效催化12案例1：聚乳酸產(chǎn)業(yè)化CIAC催化劑辛酸亞錫催化劑反應(yīng)活性低、時間長反應(yīng)溫度高易結(jié)焦單體易消旋乳酸低聚裂解產(chǎn)率提升至98％傳統(tǒng)催化劑本研究集體催化劑低聚、裂解效率高裂解產(chǎn)率高性質(zhì)穩(wěn)定抗結(jié)焦單體旋光純度高72%92%98%裂解溫度：210℃真空度：0.8?1KPa3.0%4.5%1.0%長春應(yīng)化所催化劑0.5%CIAC催化劑0.5%CIAC催化劑案例1：聚乳酸產(chǎn)業(yè)化13實驗室研發(fā)30噸/年中試1.5萬噸/年生產(chǎn)線3萬噸/年生產(chǎn)線海正生物材料科創(chuàng)板上市建成30噸/年聚乳酸生產(chǎn)線共同成立浙江海正生物材料股份有限公司安裝5000噸/年生產(chǎn)線5000噸/年生產(chǎn)線滿負荷生產(chǎn)1.5萬噸/年生產(chǎn)線滿負荷生產(chǎn)，開工建設(shè)3萬噸生產(chǎn)線開發(fā)30余個產(chǎn)品牌號，拓展應(yīng)用和市場擴產(chǎn)至4.5萬噸/年海正生物材料上?？苿?chuàng)板上市成立普立思生物科技有限公司，開建35萬噸/年項目200020032004200720082016202020212022長春應(yīng)化所?海正建立合作累計產(chǎn)值超過20億元案例1：聚乳酸產(chǎn)業(yè)化14維卡軟化溫度（VST）隨注塑模具溫度變化溫度（°C）位移（mm）成核劑t1/2（min）PLA——滑石粉3.10TMC3002.34LAK-3012.12CIAC成核劑1.39時間（min）120°C下等溫結(jié)晶速率提高60倍，耐熱溫度由60°C提高到120°CCIAC成核劑案例1：聚乳酸產(chǎn)業(yè)化15較單中心催化劑活性提升100倍以上，“碗”狀構(gòu)型協(xié)同提高單體聚合的立體選擇性，聚乳酸熔點達到國際報道的最高值220℃，為高性能聚乳酸材料的開發(fā)奠定了基礎(chǔ)三中心催化劑催化丙交酯開環(huán)聚合催化活性kp熔點全球最高案例1：聚乳酸產(chǎn)業(yè)化16利用立構(gòu)復(fù)合結(jié)晶原理，制備全立構(gòu)結(jié)晶的聚乳酸改性樹脂，其耐熱溫度提高到210°C以上。D-丙交酯L-丙交酯全立構(gòu)結(jié)晶的聚乳酸改性樹脂+案例1：聚乳酸產(chǎn)業(yè)化17△70/30/10/5▲70/30/10/2○70/30/10/1●70/30/10/0□70/30/0/0■100/0/0/0增容劑不飽和PBAT聚氨酯擴鏈劑PMMA-co-PHEMA-PLA-co-PGMA不飽和PBＳ三臂PLA-b-PGMA18案例1：聚乳酸產(chǎn)業(yè)化選題思路：

面向應(yīng)