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聚乳酸的合成工艺及丙交酯合成过程的模拟研究

作　者: 寿韬
导　师: 熊汉国；谭军
学　校: 华中农业大学
专　业: 农产品加工与贮藏工程
关键词: 丙交酯聚乳酸间接合成法重结晶分子模拟
分类号: TQ320.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

本课题研究了丙交酯的合成工艺、丙交酯的提纯技术和聚乳酸合成工艺,并用Materials Studio对丙交酯合成过程进行了模拟计算。主要结论如下：1、通过单因素实验,我们确定的最佳丙交酯合成工艺条件为：质量分数为1%的Sn(Oct)2作为催化剂,脱自由水温度为80℃,整个过程缓慢减压,脱水1h；预聚温度为140℃,反应3h；接着,快速升温至230℃,进行断链酯化。蒸馏过程中,用石棉包裹冷凝管,以防止粗丙交酯在管内上结晶,堵塞管道。得到的丙交酯最大产率为55.6%。2、通过实验优化了丙交酯重结晶工艺条件：比较选取无水乙醇作为重结晶的溶剂,重结晶温度为0℃,重结晶三次,每次时间为1h,最佳的溶剂比为0.4mL/g。用这种方法将丙交酯收率提高到73.9%。3、用响应面正交设计优化了丙交酯开环聚合的工艺条件,最佳工艺条件为：催化剂用量为0.29mL,聚合温度为160℃,聚合时间为10h,得到的聚乳酸相对分子量为12.4×104。同时得到催化剂用量(X1)、聚合温度(X2)、聚合时间(X3)的三元二次回归方程为：Y=12.40+1.37X1+1.48X2+0.68X3-3.81X12-1.91X22-2.66X32+1.38X1X2+0.42X1 X3-0.18X2X34、用MS优化计算得到了LA、LA低聚物及丙交酯的平衡几何构型和偶极矩。前线轨道分析表明,LA低聚物的HOMO主要集中在羟基端和相连的酯基,而LUMO主要集中在羧基端和相连的酯基,这些部位是解聚反应的活性部位。各个反应的AH均为正值,适当升高温度有利于反应正向进行。各个解聚反应的△G为负值,但绝对值较小,为可逆反应,不断移除产物才有利于反应正向进行。通过MS程序中的Dmol3模块里的QST/LST过渡态搜索,得到并确定了各个反应过渡态,并且从MEP曲线得到了各个反应的中间体,从而从理论上提出了整个丙交酯合成机理。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-9
缩写词表检索  9-10
第一章前言  10-24
  1 单体与PLA的结构与理化性质  10-13
    1.1 乳酸的结构与性质  10-11
    1.2 丙交酯的结构与性质  11-12
    1.3 聚乳酸的结构与性质  12-13
  2 聚乳酸合成方法研究  13-18
    2.1 直接法合成  13-14
    2.2 间接法合成(丙交酯开环聚合法)  14-18
  3 PLA的应用研究进展  18-19
    3.1 日常生活领域  18
    3.2 生物医学领域  18-19
  4 分子模拟简介  19-22
    4.1 量子化学  19-20
    4.2 密度泛函(DFT)方法  20
    4.3 Dmol3程序介绍  20-22
  5 研究内容  22-24
第二章丙交酯的合成与纯化  24-42
  1 实验材料与方法  24-29
    1.1 实验原料与仪器  24
    1.2 实验原理  24-26
    1.3 实验方法  26-29
    1.4 实验装置  29
  2 结果与讨论  29-41
    2.1 丙交酯合成工艺的优化  29-35
    2.2 丙交酯重结晶工艺的优化  35-40
    2.3 IR分析结果与讨论  40-41
  3 本章小结  41-42
第三章聚乳酸的合成  42-54
  1 实验材料与方法  42-45
    1.1 实验原料与仪器  42
    1.2 实验原理  42-43
    1.3 实验方法  43-45
  2 结果与讨论  45-52
    2.1 丙交酯开环聚合反应条件的响应面分析  45-49
    2.2 催化剂用量对PLA分子量的影响  49-50
    2.3 聚合温度对PLA分子量的影响  50-51
    2.4 聚合时间对PLA分子量的影响  51-52
    2.5 PLA的红外分析结果  52
  3 本章小结  52-54
第四章丙交酯合成过程的量化计算  54-68
  1 实验材料与方法  54-55
    1.1 实验材料  54
    1.2 实验方法  54
    1.3 本实验运算时设置的参数  54-55
  2 结果与讨论  55-65
    2.1 优化后各个化合物的几何构型  55-56
    2.2 振动频率分析  56-57
    2.3 能量分析  57-61
    2.4 丙交酯合成中各个反应的QST/LST过渡态搜索  61-65
  3 本章小结  65-68
第五章结果与讨论  68-70
  1 论文主要结果  68-69
  2 对今后工作的展望  69-70
参考文献  70-78
致谢  78-80
附录一  80-81
附录二  81

聚乳酸的合成工艺及丙交酯合成过程的模拟研究

内容摘要

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