Технология синтеза лактида

Введение …………………………………………………………………………………………….. 4
1 Литературный обзор ………………………………………………………………………… 9
1.1 Методы получения лактида …………………………………………………………… 9
1.1.1 Получение лактида из галогенпроизводных пропионовой
кислоты …………………………………………………………………………………………………… 10
1.1.2 Получения лактида из эфиров молочной кислоты ……………………… 11
1.1.3 Синтез лактида из полимерных отходов ……………………………………. 12
1.1.4 Синтез из товарных растворов молочной кислоты …………………….. 14
1.1.5 Однореакторный синтез лактида ……………………………………………….. 19
1.1.6 Газофазный синтез лактида……………………………………………………….. 22
1.2 Очистка лактида-сырца ……………………………………………………………….. 25
1.3 Оптическая изомеризация в процессах синтеза олигомеров МК …… 29
1.4 Эпимеризация и рацемизация лактида в процессе синтеза ……………. 31
1.4.1 Процессы эпимеризации при синтезе лактида из олигомера МК… 32
1.4.2 Эпимеризация лактида в различных условиях …………………………… 36
2 Характеристики сырья. Методики проведения экспериментов
и анализов……………………………………………………………………………………………….. 38
2.1 Характеристика используемого сырья ………………………………………….. 38
2.2. Методики синтеза ………………………………………………………………………. 43
2.3 Методики анализа ……………………………………………………………………….. 45
2.4 Технологические показатели процессов ……………………………………….. 47
3. Результаты и их обсуждение………………………………………………………….. 49
3.1 Синтез лактида из МК через олигомер молочной кислоты. …………… 50
3.1.1 Исследование активности катализаторов в процессе
деполимеризации олигомеров молочной кислоты …………………………………….. 51
3.1.2 Исследование влияния модификаторов на процесс синтеза лактида
в однореакторной установке …………………………………………………………………….. 60
3.1.3 Исследование активности катализаторов в процессе
деполимеризации отходов переработки полимеров, представляющих собой
товарную полимолочную кислоту. ……………………………………………………………. 76
3.2 Очистка лактида ………………………………………………………………………….. 77
3.2.1 Перекристаллизация …………………………………………………………………. 78
3.2.2 Дистилляция под вакуумом ………………………………………………………. 79
3.2.3 Периодическая ректификация …………………………………………………… 80
3.3 Разработка принципиальной схемы синтеза лактида …………………….. 82
3.4 Технико-экономические показатели …………………………………………….. 88
Заключение ………………………………………………………………………………………. 91
Список сокращений ………………………………………………………………………….. 92
Список литературы …………………………………………………………………………… 94

1. Разработана эффективная технология совмещенного синтеза лактида, из
раствора молочной кислоты, с использованием регуляторов молекулярной массы
олигомеров, образующихся во время реакции. Данный подход позволяет
сократить время синтеза лактида-сырца на 28 %. Снижение скорости роста
полимерной цепи олигомеров путем химической модификации олигомеров МК,
образующихся в процессе синтеза лактида, позволяет предотвращать повышения
вязкости реакционной массы, тем самым интенсифицировать массообменные
процессы и повысить выход лактида-сырца на 8 %.
2. Показано, что применение регуляторов молекулярной массы в процессе
синтеза лактида на совмещенной установки смещает равновесие реакции, что
приводит к увеличению концентрации равновесного лактида до 20 %.
3. Показано, что влияние pK применяемых органических кислот на выход
лактида незначительно.
4. Предложен новый эффективный катализатор – силикагель марки КСМГ,
для реакции синтеза лактида, олигомеров молочной кислоты, и ее полимеров. Его
использование в реакции синтеза лактида на совмещенной установке повышает
энергоэффективность процесса за счет уменьшения температуры процесса на 10
%.
5. Показано, что наиболее эффективным методом очистки лактида-сырца
является ректификация, что позволяет достичь высокой степени чистоты
продукта (99,8 %), достаточной для использования его в процессе синтеза
высокомолекулярной полимолочной кислоты.
6. На основании полученных данных разработанна технологическая схема
совмещенного синтеза лактида.
7. Предложенные подходы синтеза лактида позволяют снизить
себестоимость единицы массы лактида на 32 %.
Список сокращений

ПМК – полимолочная кислота;
КСМГ – крупный силикагель мелкопористый гранулированный;
ROP – ring opening polymerization;
ПС – полистирол;
МК – молочная кислота;
Mn – среднечисловая молекулярная масса;
Mw – среднемассовая молекулярная масса;
ММ – молекулярная масса;
MOFs – metal-organic frameworks;
ОМК – олигомер молочной кислоты;
КСКГ – крупный силикагель крупнопористый гранулированный;
ХСГ – хроматографический силикагель;
ГЖХ – газо-жидкостная хроматография;
ПИД – пламенно-ионизационный детектор;
ЯМР – спектроскопия ядерного магнитного резонанса;
Sml – площадь пика повторяющихся звеньев мономера;
nml – количество протонов в повторяющихся звеньях мономера;
nel – количество протонов в концевых группах полимера;
Sel – площадь пика повторяющихся концевых групп полимера;
δ – конверсия;
ММКI – количество прореагировавшей молочной кислоты;
ММК0 – количество загруженной молочной кислоты;
φ – селективность;
mлак – масса образовавшегося лактида;
mПП – масса образовавшихся побочных продуктов;
ω – концентрация лактида в лактида-сырце;
mпр – масса продуктов реакции;
mМК – масса молочной кислоты;
ПЭТФ – полиэтилентерефталат;
ПЭ – полиэтилен;
ПП – полипропилен;
Тпл – температура плавления;
LA – молочная кислота;
L2A – линейный димер молочной кислоты;
m-lac – мезо-лактид;
LC – лактид;
Olig – низшие олигомеры молочной кислоты;
ωмод – количество модификатора;
Торм – температура реакционной массы;
Топар – температура паров;
ГАП – гидроксиапатит;
СЭМ – сканирующая электронная микроскопия;
РММ – регулятор молекулярной массы.