一种制备聚乳酸的装置

1.本实用新型涉及高分子材料合成装置技术领域，具体涉及一种制备聚乳酸的装置。


背景技术：

2.聚乳酸是一类应用广泛的生物可降解材料，具有良好的力学强度，生物相容性、资源可再生性且易加工。聚乳酸可以完全降解，最终产物是co2和h2o，不会对环境造成污染，代替过去不能被降解的一次性塑料制品，可以大大降低对环境造成的影响，因此对聚乳酸的研究利用受到广泛关注。目前聚乳酸的合成方法主要为丙交酯开环聚合法和直接缩合聚合法。丙交酯开环聚合反应方程式如下图：
[0003][0004]
丙交酯开环聚合过程中残留的水分和乳酸及低分子量聚乳酸，会严重影响聚合。现有技术主要在丙交酯制备时脱除，但是千分之几的残留及聚合过程中的水分吸入会导致难以形成高分子量聚合物，进而影响其应用性能。目前商品化的丙交酯合成是以锡盐类催化剂为主，用量0.2％以上，这种方法存在锡类催化剂易污染产品，不容易再生，可能对环境造成污染等缺陷；高温聚合真空度30pa以下，反应时间10h甚至更长。


技术实现要素：

[0005]
本实用新型的目的在于提供一种制备聚乳酸的装置，以解决上述背景技术中提出的问题，具体通过以下技术方案得以实现的：
[0006]
一种制备聚乳酸的装置，该装置包括依次连接的驱动电机、转动连接件、双螺杆反应器和水冷切割造粒单元，双螺杆反应器包括依次连接的第一控温区、第二控温区、第三控温区及第四控温区，第一控温区的顶部通过进料阀连接反应罐，第三控温区和第四控温区的顶部连接抽真空单元，第四控温区的底部连接螺杆送料器，所述进料阀的上端设有螺杆推送器。
[0007]
进一步地，该装置还包括基座，驱动电机、转动连接件和双螺杆反应器的底部均安装于基座上。
[0008]
进一步地，反应罐内安装搅拌器，搅拌器的顶部伸出反应罐，与搅拌电机电连接。
[0009]
进一步地，反应罐的顶部开设进气口。
[0010]
进一步地，反应罐的周向安装加热套。
[0011]
进一步地，双螺杆反应器的末端安装模头，模头上开设出料口。
[0012]
进一步地，所述螺杆推送器为双螺杆结构。
[0013]
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
[0014]
1.本实用新型提供的制备聚乳酸装置，利用双螺杆型反应器，采用多次啮合混料反应，大大提高了高粘物料传质效率，引入敏化剂使得催化中心不断扩散充分引发聚合反应的进行；
[0015]
2.本实用新型提供的制备聚乳酸装置，通过在双螺杆型反应器后段配置有强制喂料口，添加隐蔽剂和抗氧化剂，促使催化剂失活抗氧化能力增强，有效避免pla二次加工升温条件下催化降解等问题，提高了pla后续加工稳定性；
[0016]
3.本实用新型提供的制备聚乳酸装置，采用双螺杆型反应器，聚合完成后直接挤出经水冷造粒；
[0017]
4.本实用新型提供的制备聚乳酸装置，工艺过程简单，易于工业化，制备的聚乳酸重均分子量高达18万-30万。
附图说明
[0018]
图1为本实用新型的整体结构示意图。
[0019]
图中，1-反应罐；11-搅拌电机；12-进气口；13-加热套；14-基座；15-搅拌器；2-螺杆推送器；3-进料阀；4-双螺杆反应器；41-第一控温区；42-第二控温区；43-第三控温区；44-第四控温区；5-抽真空单元；51-第一抽真空孔；52-第二抽真空孔；53-第三抽真空孔；6-螺杆送料器；7-驱动电机；8-模头；9-水冷切割造粒单元；10-转动连接件。
具体实施方式
[0020]
以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步详细说明。
[0021]
在本实用新型的描述中，需要理解的是，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
[0022]
术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
[0023]
实施例1
[0024]
如图1所示，本实施例提供了一种制备聚乳酸装置，该装置包括依次连接的驱动电机7、转动连接件10、双螺杆反应器4和水冷切割造粒单元9，双螺杆反应器4包括依次连接的第一控温区41、第二控温区42、第三控温区43及第四控温区44，第一控温区41的顶部通过进料阀3连接反应罐1，第三控温区43和第四控温区44的顶部连接抽真空单元5，第四控温区44的底部连接螺杆送料器6，所述进料阀3的上端设有螺杆推送器2。
[0025]
该装置还包括基座14，驱动电机7、转动连接件10和双螺杆反应器4的底部均安装于基座14上。
[0026]
为了便于将反应罐1中的物质充分混合，反应罐1内安装搅拌器15，搅拌器15的顶部伸出反应罐1，与搅拌电机11电连接。
[0027]
为了便于通入保护气体，反应罐1的顶部开设进气口12。
[0028]
为了便于对反应罐1进行加热，反应罐1的周向安装加热套13。
[0029]
双螺杆反应器4的末端安装模头8，模头8上开设出料口。优选的，出料口的孔径为φ2～5mm，出料经水冷造粒获得聚乳酸产品。
[0030]
由于反应罐1底部流出的液体为粘稠状，为了避免粘稠状液体在反应罐1底部的管道堵塞，将螺杆推送器2设计为双螺杆结构，便于粘稠状液体顺利的经进料阀3流入双螺杆反应器4。
[0031]
抽真空单元5通过第一抽真空孔51，第二抽真空孔52和第三抽真空孔53与第三控温区43和第四控温区44的顶部连通。
[0032]
具体使用时，将丙交酯、催化剂、捕水剂、敏化剂加入反应罐1中，通过搅拌电机11驱动搅拌器15进行混料，通过加热套13对第一混合物进行加热，第一混合物在反应罐1中进行预聚合反应，得到第二混合物，第二混合物经进料阀3进入双螺杆反应器4，经双螺杆反应器4内的双螺杆推送，第二混合物依次经过第一控温区41，第二控温区42，第三控温区43和第四控温区44，第二混合物进行聚合反应，在第三控温区43和第四控温区44的顶部，通过抽真空单元5对第二混合物进行抽真空，在第四控温区44的底部，通过螺杆送料器强制将隐蔽剂和抗氧化剂送入第四控温区，经聚合反应后的聚乳酸经模头8的出料口排出，再经水冷切割造粒单元9后，得到颗粒状的聚乳酸产品。
[0033]
实施例2
[0034]
本实施例提供了一种制备聚乳酸方法，包括如下步骤：
[0035]
步骤一：先向反应罐1中通入氮气5min，再将丙交酯、催化剂、捕水剂、敏化剂质量比1000：0.15：2.5：0.5加入反应罐1，并搅拌混合，得到第一混合物；
[0036]
步骤二：将第一混合物加热，进行预聚合反应，得到第二混合物；
[0037]
步骤三：采用双螺杆将第二混合物依次推入4个反应区，加热聚合反应，抽真空除去第二混合物中的杂质，再加入隐蔽剂和抗氧化剂，混合后经水冷造粒，得到聚乳酸。
[0038]
具体的，步骤一中，催化剂为乳酸锌、异辛酸亚锡、烷基金属、烷氧基金属。
[0039]
敏化剂为1，4-丁二醇、1，6-己二醇，1，5-戊二醇、1，3-丙二醇和苄醇。
[0040]
具体的，所述步骤二中，第一混合物加热的温度为105℃，加热时间为180s。
[0041]
具体的，步骤三中，隐蔽剂为三环己基氧膦、三苯基氧磷、甲基二苯基氧膦、三辛基氧磷、三烷基氧膦、三乙基氧膦和半胱氨酸盐、乙二胺四乙酸二氢钠、邻苯二甲酸酐、邻羟基苯胺、氟化物。
[0042]
抗氧剂为受阻酚抗氧剂1010、亚磷酸型抗氧剂168、抗氧剂2246。
[0043]
4个反应区的温度分别为140℃、160℃、190℃、190℃。
[0044]
聚合反应时间为28min。
[0045]
实施例3
[0046]
本实施例提供了一种制备聚乳酸方法，与实施例1不同的是：
[0047]
丙交酯、催化剂、捕水剂、敏化剂质量比1000：0.07：0.1：0.2；
[0048]
催化剂为三异丙氧基铝，二烷基锌和三异丙氧基铝。
[0049]
敏化剂为1，4-丁二醇和1，6-己二醇。
[0050]
第一混合物加热的温度为85℃，加热时间为50s。
[0051]
隐蔽剂为三环己基氧膦、三苯基氧磷、甲基二苯基氧膦。
[0052]
抗氧剂为四[3-(3,5-二叔丁基-4-羟苯基)丙酸]季戊醇酯、三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯、2,2'-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)。
[0053]
4个反应区的温度分别为110℃、140℃、160℃、130℃。
[0054]
聚合反应时间为5min。
[0055]
实施例4
[0056]
本实施例提供了一种制备聚乳酸方法，与实施例1不同的是：
[0057]
丙交酯、催化剂、捕水剂、敏化剂的质量比1000：0.10：1.5：0.35；
[0058]
催化剂为乳酸锌。
[0059]
敏化剂为1，4-丁二醇。
[0060]
第一混合物加热的温度为95℃，加热时间为110s。
[0061]
隐蔽剂为三环己基氧膦。
[0062]
抗氧剂为受阻酚抗氧剂1010。
[0063]
4个反应区的温度分别为125℃、150℃、175℃、160℃。
[0064]
聚合反应时间为15min。
[0065]
实施例5
[0066]
本实施例提供了一种制备聚乳酸方法，与实施例1不同的是：
[0067]
丙交酯、催化剂、捕水剂、敏化剂质量比1000：0.10：2.0：0.4；
[0068]
催化剂为异辛酸亚锡。
[0069]
敏化剂为1，5-戊二醇、1，3-丙二醇和苄醇。
[0070]
第一混合物加热的温度为100℃，加热时间为160s。
[0071]
隐蔽剂为三环己基氧膦。
[0072]
抗氧剂为亚磷酸型抗氧剂168(三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯)。
[0073]
4个反应区的温度分别为120℃、150℃、170℃、140℃。
[0074]
聚合反应时间为20min。
[0075]
实施例6
[0076]
本实施例提供了一种制备聚乳酸方法，与实施例1不同的是：
[0077]
丙交酯、催化剂、捕水剂、敏化剂质量比1000：0.13：1.0：0.3。
[0078]
催化剂为烷氧基金属。
[0079]
敏化剂为1，6-己二醇，1，5-戊二醇。
[0080]
第一混合物加热的温度为90℃，加热时间为70s。
[0081]
隐蔽剂为三辛基氧膦、三烷基氧膦。
[0082]
抗氧剂为抗氧剂2246(2,2'-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚))。
[0083]
4个反应区的温度分别为130℃、150℃、180℃、160℃。
[0084]
聚合反应时间为10min。
[0085]
效果实施例
[0086]
针对实施例2-6中得到的聚乳酸进行性能测试，测试结果如表1所示：
[0087]
表1实施例2-6制得聚乳酸的性能参数
[0088]
聚乳酸实施例2实施例3实施例4实施例5实施例6
l-la％丙交酯99.098.697.294.892.0比旋光度(左旋)-159.4-158.3-154.1-150.1-146mw(
×
10
－4
)27.426.724.323.122.5pdi1.31.31.41.61.7
[0089]
需要说明的是，重均分子量：由于所有合成高分子化合物的分子量都是不均一的，它们是分子量不同的同系物的混合物。符号为mw。聚合物中用不同分子量的分子重量平均的统计平均分子量，无单位。
[0090]
比旋光度：一个化合物的光学纯度是它与纯品的比旋光度的百分比。
[0091]
多分散性指数(pdi)是对给定聚合物样品中分子质量分布的测量。计算的pdi是重均分子量除以数均分子量。它表示一批聚合物中单个分子质量的分布。pdi的值等于或大于1，但当聚合物链接近均匀链长时，pdi接近单位1。对于某些天然聚合物，pdi几乎被视为一个整体。聚合产生的pdi通常表示为：pdi＝mw/mn。
[0092]
本实用新型中的具体实施例仅仅是对本实用新型的解释，其并不是对本实用新型的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本实用新型的权利要求范围内都受到专利法的保护。