本發(fā)明涉及乳酸，尤其涉及一種超高純度結(jié)晶乳酸及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、聚乳酸(pla)，又稱聚丙交酯，是以乳酸為主要原料聚合得到的聚酯類聚合物，是一種新型的生物降解材料。聚乳酸具有良好的生物可降解性，使用后能被自然界中微生物完全降解，最終生成二氧化碳和水，不污染環(huán)境，這對保護(hù)環(huán)境非常有利，是公認(rèn)的環(huán)境友好材料，可用于一次性用品和生物制藥領(lǐng)域。

2、聚乳酸由可再生的植物資源所提出的淀粉為原料，淀粉原料經(jīng)由糖化得到葡萄糖，再由葡萄糖及一定的菌種發(fā)酵制成高純度的乳酸，再通過化學(xué)合成方法合成一定分子量的聚乳酸。目前，乳酸的一般生產(chǎn)工藝是從葡萄糖發(fā)酵液中提取l-乳酸粗品，再經(jīng)過脫色、純化、濃縮和短程蒸餾等精制方法得到純度為95％～99％的聚合級液體l-乳酸。然而，現(xiàn)有提純工藝無法達(dá)到較高的分離效果，由于許多非乳酸雜質(zhì)與乳酸的沸點(diǎn)接近，而難以獲得純度高于99.9％的高品質(zhì)l-乳酸。95％～98％的聚合級液體l-乳酸一般只用于作為食品級乳酸，98％～99％的聚合級液體l-乳酸可以作為聚合級乳酸原料通過丙交酯路線用于制備聚乳酸。

3、目前，由于現(xiàn)有l(wèi)-乳酸的純度及品質(zhì)不足，采用98％～99％的l-乳酸直接聚合，雜質(zhì)會打斷聚合過程，導(dǎo)致聚合物的分子量只能達(dá)到5000da～10000da，無法達(dá)到高分子聚乳酸的分子量要求(塑料用聚乳酸的分子量為幾十萬道爾頓)。現(xiàn)有通過聚合級l-乳酸原料(純度98％～99％)制備聚乳酸的方法是先將聚合級l-乳酸經(jīng)過脫水、純化，先得到丙交酯，再由丙交酯聚合生成聚乳酸。從生產(chǎn)成本上來看，先由l-乳酸制備丙交酯再聚合成聚乳酸(兩步法)的生產(chǎn)成本是由l-乳酸直接聚合成聚乳酸(一步法)的1.5倍以上。

4、因此，目前亟需開發(fā)一種超高純度乳酸的生產(chǎn)方法，以滿足由乳酸直接聚合成聚乳酸的純度要求，進(jìn)而降低現(xiàn)有聚乳酸的生產(chǎn)成本，同時(shí)提高聚乳酸的質(zhì)量品質(zhì)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對上述問題，本發(fā)明提供一種超高純度結(jié)晶乳酸及其制備方法和應(yīng)用，以現(xiàn)有市售的聚合級液體l-乳酸為原料，通過控制超高真空蒸發(fā)結(jié)晶的工藝參數(shù)，在超低溫超高真空度下成功制得了超高純度、高質(zhì)量、均勻密實(shí)的結(jié)晶乳酸。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是：

3、第一方面，本發(fā)明提供一種超高純度結(jié)晶乳酸的制備方法，包括以下步驟：

4、將聚合級液體l-乳酸在6℃～10℃、0.7kpa～0.9kpa下進(jìn)行超高真空蒸發(fā)結(jié)晶，當(dāng)乳酸比重為1.34～1.35時(shí)加入l-乳酸晶種，直到乳酸比重為1.38～1.39時(shí)結(jié)束結(jié)晶，得超高純度結(jié)晶乳酸。

5、相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供的超高純度結(jié)晶乳酸的制備方法，將聚合級液體l-乳酸在特定溫度和絕對壓力下進(jìn)行超高真空蒸發(fā)結(jié)晶，利用乳酸在低溫下(6℃～10℃)的有限水溶性，僅利用超高真空蒸發(fā)結(jié)晶一步即可得到超高純度結(jié)晶乳酸，其純度高達(dá)99.95％以上，形狀為粒狀，結(jié)晶率高，均勻密實(shí)，松散度高，抗結(jié)塊性能強(qiáng)，品質(zhì)極優(yōu)。

6、本發(fā)明通過大量試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，乳酸在常溫(25℃左右)的水溶性極好，幾乎可以與水以任意比進(jìn)行混溶；然而在10℃以下，乳酸在水中的溶解度大大降低(10℃時(shí)，1g水僅能溶解5g以下乳酸)。本發(fā)明利用乳酸的這一特征，創(chuàng)造性地控制超高真空蒸發(fā)結(jié)晶的各參數(shù)(包括溫度、絕對壓力和比重等)，在超低溫超高真空環(huán)境下一步即可順利制得超高純度結(jié)晶乳酸。該超高純度結(jié)晶乳酸可直接聚合用于生產(chǎn)聚乳酸，生產(chǎn)成本大大降低，提高了生產(chǎn)效率，具有極優(yōu)異的市場競爭力，適合大規(guī)模生產(chǎn)。

7、優(yōu)選的，所述超高真空蒸發(fā)結(jié)晶的溫度為7℃～9℃，所述超高真空蒸發(fā)結(jié)晶的絕對壓力為0.75kpa～0.8kpa。

8、優(yōu)選的，所述超高真空蒸發(fā)結(jié)晶的時(shí)間為4h～5h。

9、示例的，通過控制熱源的加熱速度來控制超高真空下聚合級液體l-乳酸中水分的蒸發(fā)速度，進(jìn)而控制乳酸比重的增加速度，以滿足上述乳酸比重及超高真空蒸發(fā)結(jié)晶的時(shí)間。熱源可以采用80℃～100℃的加熱蒸汽，為節(jié)約成本、降低能耗，也可以采用溫度高于20℃的循環(huán)水，熱源溫度足以傳遞熱量給物料(聚合級液體l-乳酸)即可。

10、本發(fā)明通過限定超高真空蒸發(fā)結(jié)晶的溫度、調(diào)控真空度，可以進(jìn)一步控制乳酸的溶解度區(qū)域，使乳酸比重在特定范圍內(nèi)，對應(yīng)的過飽和系數(shù)為1.05～1.09，進(jìn)而可以保證結(jié)晶乳酸的良好結(jié)晶，提高結(jié)晶乳酸的純度和品質(zhì)。

11、需要說明的是，蒸發(fā)結(jié)晶是一個(gè)邊蒸發(fā)水維持過飽和度邊結(jié)晶的過程，水的蒸發(fā)需要有熱源加熱傳遞熱量給物料。在真空且真空穩(wěn)定的情況下，采用熱源對物料進(jìn)行加熱，會使物料中的水逐漸蒸發(fā)，而物料溫度則基本維持穩(wěn)定。

12、優(yōu)選的，所述聚合級液體l-乳酸的純度為98％～99％。

13、優(yōu)選的，所述l-乳酸晶種的加入量是所述聚合級液體l-乳酸的質(zhì)量的0.05‰～0.15‰。

14、優(yōu)選的，所述超高真空蒸發(fā)結(jié)晶結(jié)束后，還包括：固液分離，將所得乳酸濕晶體進(jìn)行烘干，得所述超高純度結(jié)晶乳酸。

15、需要說明的是，固液分離后所得母液可以回收利用，經(jīng)短程蒸餾精制后再次得到聚合級液體l-乳酸，可循環(huán)用于制備超高純度結(jié)晶乳酸。

16、示例的，將乳酸濕晶體在超低溫下進(jìn)行烘干，以避免晶體乳酸熔化。

17、示例的，超高純度結(jié)晶乳酸的水分含量≤0.1％。

18、優(yōu)選的，所述超高純度結(jié)晶乳酸的結(jié)晶率為48％～55％。

19、優(yōu)選的，所述超高純度結(jié)晶乳酸的純度≥99.95％。

20、示例的，超高真空蒸發(fā)結(jié)晶在真空蒸發(fā)結(jié)晶罐中進(jìn)行。

21、第二方面，本發(fā)明提供一種超高純度結(jié)晶乳酸，由所述的超高純度結(jié)晶乳酸的制備方法制備得到。

22、本發(fā)明提供的超高純度結(jié)晶乳酸，形狀為粒狀，純度可達(dá)99.95％以上，結(jié)晶率高，均勻密實(shí)，松散度高，抗結(jié)塊性能強(qiáng)，品質(zhì)極優(yōu)，具有優(yōu)異的市場競爭力。

23、第三方面，本發(fā)明提供一種聚乳酸，由所述的超高純度結(jié)晶乳酸直接聚合而成。

24、本發(fā)明提供的聚乳酸，可以由超高純度結(jié)晶乳酸直接聚合而無需通過丙交酯路線，使制備成本大大降低，同時(shí)提高了生產(chǎn)效率，并且聚乳酸的品質(zhì)也能顯著提高。

技術(shù)特征：

1.一種超高純度結(jié)晶乳酸的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.如權(quán)利要求1所述的超高純度結(jié)晶乳酸的制備方法，其特征在于，所述超高真空蒸發(fā)結(jié)晶的溫度為7℃～9℃，所述超高真空蒸發(fā)結(jié)晶的絕對壓力為0.75kpa～0.8kpa。

3.如權(quán)利要求1所述的超高純度結(jié)晶乳酸的制備方法，其特征在于，所述超高真空蒸發(fā)結(jié)晶的時(shí)間為4h～5h。

4.如權(quán)利要求1所述的超高純度結(jié)晶乳酸的制備方法，其特征在于，所述聚合級液體l-乳酸的純度為98％～99％。

5.如權(quán)利要求1所述的超高純度結(jié)晶乳酸的制備方法，其特征在于，所述l-乳酸晶種的加入量是所述聚合級液體l-乳酸的質(zhì)量的0.05‰～0.15‰。

6.如權(quán)利要求1所述的超高純度結(jié)晶乳酸的制備方法，其特征在于，所述超高真空蒸發(fā)結(jié)晶結(jié)束后，還包括：固液分離，將所得乳酸濕晶體進(jìn)行烘干，得所述超高純度結(jié)晶乳酸。

7.如權(quán)利要求1所述的超高純度結(jié)晶乳酸的制備方法，其特征在于，所述超高純度結(jié)晶乳酸的結(jié)晶率為48％～55％。

8.如權(quán)利要求1所述的超高純度結(jié)晶乳酸的制備方法，其特征在于，所述超高純度結(jié)晶乳酸的純度≥99.95％。

9.一種超高純度結(jié)晶乳酸，其特征在于，由權(quán)利要求1～8任一項(xiàng)所述的超高純度結(jié)晶乳酸的制備方法制備得到。

10.一種聚乳酸，其特征在于，由權(quán)利要求9所述的超高純度結(jié)晶乳酸直接聚合而成。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及乳酸技術(shù)領(lǐng)域，具體公開一種超高純度結(jié)晶乳酸及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明將聚合級液體L?乳酸在6℃～10℃、0.7kPa～0.9kPa下進(jìn)行超高真空蒸發(fā)結(jié)晶，當(dāng)乳酸比重為1.34～1.35時(shí)加入L?乳酸晶種，直到乳酸比重為1.38～1.39時(shí)結(jié)束結(jié)晶，得超高純度結(jié)晶乳酸。本發(fā)明利用乳酸在低溫下的有限水溶性，在超低溫超高真空度下僅利用超高真空蒸發(fā)結(jié)晶一步即可得到超高純度結(jié)晶乳酸，其純度高達(dá)99.95％以上，形狀為粒狀，結(jié)晶率高，均勻密實(shí)，松散度高，抗結(jié)塊性能強(qiáng)，品質(zhì)極優(yōu)。該超高純度結(jié)晶乳酸可直接聚合用于生產(chǎn)聚乳酸，提高了生產(chǎn)效率，大大降低了生產(chǎn)成本，具有極優(yōu)異的市場競爭力，適合大規(guī)模生產(chǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：賴庚音,陸偉新,張建中,陳斌,陳書菊,呂朝輝,周洪杰,漆旻華
受保護(hù)的技術(shù)使用者：河北樂開節(jié)能科技股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19