TỔNG HỢP PLA BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐA TRÙNG NGƯNG LIÊN TỤC
VÀ GIÁN ĐOẠN AXIT LACTIC VỚI XÚC TÁC SnCl
2
.
Nguyễn Thị Thu Thảo, Lê Thị Sao Mai,Hồ Sơn Long, Hồ Sơn Lâm
Viện Khoa học Vật liệu ứng dụng
Tóm tắt:
Kết quả nghiên cứu cho thấy ở phản ứng trùng ngưng liên tục, polyme có trọng lượng
phân tử trung bình thấp(11441), độ đa phân tán 1,8553, độ đa trùng hợp 47, hiệu suất
đạt 35% so với nguyên liệu. Ở phản ứng trùng ngưng gián đoạn, polyme có trọng lượng
phân tử trung bình cao(22694), độ đa phân tán 1,4934, độ đa trùng hợp 137, hiệu suất
32-34%. Các mẫu polyme được tiến hành phân tích và xác định bằng GPC, IR,
SEM,UTM và so sánh với PP.
Từ khóa: Axit lactic, Lactid, Poly(lactic axit)PLA, Phản ứng trùng ngưng…
I.ĐẶT VẤN ĐỀ:
Axít lactic là một axít hữu cơ được tìm thấy trong nhiều sản phẩm tự nhiên.
Quá trình trùng ngưng axít lactic thành lactide và phản ứng trùng hợp mở vòng
cũng được nghiên cứu bởi Carothers et al vào năm 1932. Axít lactic (2-
hyrdoxypropanoic acid) là một trong những phân tử có hoạt tính quang học nhỏ
nhất [1]. Nó có thể tồn tại ở hai dạng đồng phân L(+) hoặc D(-), nên khi dehydrat
hóa để tạo thành lactid, cũng tồn tại 2 dạng (L) và (D):
Axit lactic có nhiều ứng dụng, trong đó, việc sản xuất “nhựa sinh học-
polylactid ” từ axít lactic mở ra nhiều hướng ứng dụng trong vật liệu kỷ thuật cao,
vật liệu y-sinh, vật liệu phân hủy sinh học. Ưu điểm của loại nhựa này là khi được
thiêu hủy, chúng chỉ thải ra lượng khí carbon dioxide bằng 3% so với loại nhựa
thông thường.
Polylactide hay polylactic acid là một trong những loại polyme sinh học có
khả năng tự phân hủy ngày càng được ứng dụng rộng rãi, không chỉ là chất dẻo tự
phân hủy sinh học mà còn là vật liệu y học nhờ vào những tính chất cơ học tuyệt
vời và khả năng thủy phân của nó. Do axit lactic có nhiều đồng phân quang học
nên polylactic axit cũng có nhiều dạng[2,4] :

CH
CH
CH
CH
C
C
C
C
O O
O
O
OH
3
3
3
HO
OH
HO
O
O
3
H O
2
2
_
Xúc tác và tỷ lệ đã được nghiên cứu trong các công trình trước đây[ ].
II.2. Tổng hợp PLA bằng phương pháp đa trùng ngưng liên tục :
Phương trình phản ứn g :
HO C
H

OH
n
105
o
C
Qui trình thực hiện :
20,3 gam axít lactic được cho vào thiết bị autoclave và tiến hành dehydrat
hóa ở nhiệt độ 150
o
C trong môi trường khí trơ, phản ứng kéo dài trong 5h. Sản
phẩm của phản ứng là oligolactic (OLLA) có dạng chất lỏng sệt. Xúc tác SnCl
2
với tỉ lệ SnCl
2
/OLLA= 4/1000, và TSA (p-toluenesulfonic acid ) theo tỉ lệ
SnCl/TSA=1/1. Sau khi trộn lẫn xúc tác vào OLLA, tiến hành phản ứng đa trùng
ngưng ở nhiệt độ 180
o
C, áp suất 10Torr (1Torr = 1mmHg) trong 5 giờ. Sau đó hạ
nhiệt độ xuống 105
o
C trong 2giờ , áp suất 0,5 Torr. Cuối quá trình, nhiệt độ được
tăng lên 150
o
C, áp suất 0,5 Torr, phản ứng kéo dài trong 10 giờ. Sản phẩm cuối
cùng là polylactic axit (PLLA) có dạng rắn, được ký hiệu là M-1.
II.3. Tổng hợp PLA bằng phương pháp đa trùng ngưng gián đoạn :
Qui trình thực hiện:
Axít lactic được cho vào thiết bi autoclave, tiến hành dehydrat ở nhiệt độ
150

C,áp suất 10 Torr, trong 5
giờ. Sau đó. nhiệt độ cũng được hạ xuống 105
o
C để sản phẩm kết tinh trong 2
giờ.Tiếp tục đun 150
o
C, áp suất 0,5 Torr, trong vòng 10 giờ. Sản phẩm cuối quá
trình có dạng hạt, rắn, khô hòan toàn , được ký hiệu là M-3
II.4. Phân tích sản phẩm:
Sản phẩm được phân tích IR, GPC, SEM và các thiết bị chuyên dùng khác.
III. KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN
III.1. Phản ứng dehydrat hóa để nhận Lactid:
Hiệu suất phản ứng tạo lactide phụ thuộc vào thời gian phản ứng, thời gian
phản ứng càng dài thì hiệu suất phản ứng càng cao. Hiệu suất phản ứng chênh lệch
rất ít (khoảng 1%) giữa các thí nghiệm với t= 3,4,5,6 giờ. Từ t=7 giờ trở lên, chênh
lệch hiệu suất cao hơn hẳn (khoảng 4%). Đến t=10 giờ, phản ứng đạt hiệu suất
cao nhất và chênh lệch với thí nghiệm trước 8%.
Hình 2: Sự phụ thuộc giữa Hiệu suất Lactide với thời gian phản ứng.
III.2. Tổng hợp polylactic axit từ axit lactic bằng phương pháp đa trùng
ngưng liên tục : Mẫu polylactide tổng hợp theo phương pháp trên có trọng
lượng phân tử khoảng 7000, độ đa phân tán là 1,85, độ trùng hợp polyme là
47.Hiệu suất polylactid là 34,85% so với axit lactic.
3
III.3. Tổng hợp polylactic axit từ axit lactic bằng phương pháp đa trùng
ngưng gián đoạn :Tương tự như trên, nhưng có một số khác biệt:
1.Việc tách ra hai pha oligolactide và monome lactide rồi mới tiến hành
trùng ngưng, có làm cho trọng lượng phân tử của polyme tăng lên ( từ 7000 lên
16.500) độ trùng hợp cũng tăng lên rõ rệt ( 47 lên 137) và độ đa phân tán từ 1,85
còn 1,49, điều này có nghĩa là các mẫu sau (II) và (III) đã tốt hơn.
2.Từ oligolactide chuyển sang polylactide tuy có trong lượng phân tử lớn,

3
—CH ] có bước sóng ở vùng 1404-1460 và 2938 cm
-1
.
Các số liệu trên phù hợp với các số liệu xác định nhóm chức chuẩn trong phổ
IR, theo đó, bước sóng chuẩn của các nhóm như sau:a: (1070-1150), b:(1635-
1700),c:(1375-1450 hay 2870-2960.)
Nhìn chung phổ IR đã thể hiện một phần cấu trúc của polyme, nhưng
không thể hiện được các khác biệt cụ thể của mỗi loại polyme.
III.4.2: Kết quả phân tích SEM
SEM Lactid
SEM M-I
4
SEN M-II
SEM M-III
Ở độ phóng đại 15.000 và với diện tích 3 micromet, hình SEM của
polylactde đi từ axít lactic bằng phương pháp đa trùng ngưng liên tục (M-1) cho
thấy bề mặt có dạng tinh thể hình ống dài. Không thấy có vảy dạng vô định hình
của Lactide như hình SEM lactid.
Việc hình thành polylactide từ oligolactide (M-2) là có thể thực hiện được
nhưng nó có cấu trúc khác so với đi từ lactide.Cấu trúc polyme dạng này tương tự
như cấu trúc của lactide mặc dù trọng lượng phân tử đã lớn hơn rất nhiều.
Kích thước và dạng của mẫu polylactide III giống với mẫu trùng ngưng liên
tục (M-1).Tuy nhiên về tính chất hoá lý nó có những nét đặc trưng khác như trọng
lượng phân tử, độ đa phân tán, độ tương hợp và một số tính chất khác.
III.4.3.Phân tích sắc ký gel (GPC) :
GPC M- I GPC M-II GPC M-III
+ Mn=11053 (g/mol)
+ Mw=16506 (g/mol)
+ Mn=3785 (g/mol)

260.5
Vàng
1,25
>4
6,85
265
0
C
Nâu
1,35
>4
6,98
5
6. Độ dãn dài tới hạn (mm)
7. KLPTTB M
z
(g/mol)
8. Độ đa phân tán :
9. Độ đa trùng hợp
6,00
-
-
-
6,65
11441
1,8553
47
6,53
22694
1,4934

2
. J.ChemistryT42 (4) p.415-418 (2004)
[6]. Hồ Sơn Lâm, Nguyễn Thị Thu Thảo, và các cộng sự: Nghiên cứu tổng hợp
poly-(succinic anhydrit) và poly-(maleic anhydrit) trên xúc tác axetat kim loại.
Tuyển tập các công trình Hội nghị KH&CN hóa hữu cơ Toàn quốc lần thứ 3,
(trang 491-496) Hà nội, tháng 11/2005.
SYNTHESIS POLYLACTIC ACID USING SnCl
2
AS CATALYTS VIA
CONTINUOUS AND DISCONTINUED POLYCONDENSATION REACTIONS
Summary: Kết quả nghiên cứu cho thấy ở phản ứng trùng ngưng liên tục, polyme có
trọng lượng phân tử trung bình thấp(11441), độ đa phân tán 1,8553, độ đa trùng hợp 47,
hiệu suất đạt 35% so với nguyên liệu. Ở phản ứng trùng ngưng gián đoạn, polyme có
trọng lượng phân tử trung bình cao(22694), độ đa phân tán 1,4934, độ đa trùng hợp 137,
hiệu suất 32-34%. Các mẫu polyme được tiến hành phân tích và xác định bằng GPC, IR,
SEM,UTM và so sánh với PP.
Keywort : Acid lactic, Lactid, Poly(lactic acid)PLA, Polycondensation…
6