一种温和条件下高效醇解聚碳酸酯的方法及催化剂技术

本发明专利技术涉及一种温和条件下高效醇解聚碳酸酯（PC）的方法及催化剂，该方法以DBU质子型离子液体为催化剂，以甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、正丁醇或异丁醇为醇解反应物，在PC/醇摩尔比为1：2~8，催化剂用量为反应物（PC+醇）摩尔量的0.3~10 mol%，反应温度为50‑120

【技术实现步骤摘要】
一种温和条件下高效醇解聚碳酸酯的方法及催化剂
本专利技术涉及一种温和条件下高效醇解聚碳酸酯的新方法及其催化剂，属于清洁催化与固废物回收利用领域。技术背景聚碳酸酯（PC），名为2,2-双(4-羟基苯基)丙烷聚碳酸酯，又称双酚A（BPA）型聚碳酸酯，是分子主链中含有碳酸酯基的线型高分子化合物，具有良好的光学特性、力学性能、阻燃性能和耐高温性能。作为五大工程塑料之一，PC被广泛应用于建筑板材、医疗器械、航空航天、电子电器、光学透镜等领域，市场前景广阔。近年来，随着PC材料产销量的迅猛增加，所产生的废旧PC量也逐年扩增。由于其体积庞大，且在自然条件下难降解，从长远来看，不仅会对生态环境造成重要影响，而且还是巨大的资源浪费。因此，对于废旧PC材料的循环利用引起人们广泛关注。传统回收废旧PC材料主要采用物理回收法，即经过熔融、提纯或改性等工艺过程以制备再生新材料，但是加工出来的新型塑料产品在机械与物理性能方面均有所降低。化学回收法作为一种替代策略，展现出很大发展潜力，即采用化学方法将废PC解聚成低分子量的化合物或单体BPA，通过精制后重新作为PC的原料或用于制备其它塑料产品，从而实现资源的循环利用。所述化学法主要包括热裂解、水解、氨解以及醇解等，其中，热裂解方法所得单体BPA选择性差，副产物较多；水解和氨解法通常在高温、高压条件下操作，需要无机强酸或强碱等催化剂，不仅腐蚀设备，同时还伴随有温室气体CO2的排放。然而，采用醇解策略回收废旧PC材料，不仅可以高选择性制备单体BPA，同时还可以副产新型高附加值化工产品（有机碳酸酯），体现出明显优势。据报道，目前醇解PC所用催化剂主要为无机强碱，催化剂与产品分离困难，不能有效回收并重复利用，且存在设备腐蚀、环境污染等弊端。离子液体由于具有蒸汽压低、稳定性高、溶解能力强、酸碱度及结构可调等独特的理化性质，其作为一种新型绿色溶剂与催化剂在很多领域已经得到广泛应用。截至目前，采用碱性离子液体催化PC醇解的研究已有报道。但是报道的离子液体通常由两步法合成，在涉及阴离子交换的过程中会引入大量盐和溶剂，其合成过程未能满足环境友好性。同时，离子液体合成原料成本高、合成过程往往需要长时间冷凝回流，造成离子液体价格昂贵，合成能耗高；更重要的是所报道离子液体催化剂用量比较大，反应条件苛刻，从催化工艺及造价方面均阻碍了其工业化进程。因此，对于醇解固废物PC材料而言，新型离子液体的设计开发应集中于选择安全且低廉的合成原料，简易的合成过程，并且实现低催化剂用量及温和条件下高效率催化醇解聚碳酸酯。将环境友好型离子液体作为PC醇解新型催化剂，实现离子液体重复利用，有利于克服传统工艺的弊端，显著改善设备腐蚀和污染问题，对实现废旧PC材料化学循环利用具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种催化剂合成简单、稳定性高、可重复利用，且能够在温和、低催化剂用量条件下高效、清洁醇解聚碳酸酯（PC）的方法。PC醇解反应方程式如下：为解决上述技术问题，本专利技术提出一种温和条件下高效醇解聚碳酸酯的离子液体催化剂，所述离子液体催化剂采用一步酸碱中和法合成，由DBU阳离子与不同取代基咪唑阴离子构成，结构通式如下：。本专利技术提出了一种温和条件下高效醇解聚碳酸酯的方法，该方法包含以下步骤：（1）取反应物PC、反应物醇和离子液体催化剂依次加入反应器，PC和醇的摩尔比为1：2~8，离子液体占反应物（PC+醇）的摩尔含量为0.3~10mol%；（2）将反应体系油浴加热至50~120℃，保持0.5~5h；（3）反应结束后，冰水浴将反应器降至室温，过滤，滤饼经洗涤干燥后称重，计算PC转化率；（4）取滤液，经减压旋蒸分离出过量醇和副产物碳酸酯，加入乙醚和水分别萃取产品BPA和离子液体，上层乙醚相经减压旋蒸得到高纯产品BPA，并计算产品BPA收率；下层水相经减压旋蒸、真空干燥回收离子液体，测试其重复使用性能。作为本专利技术的进一步优化，所述步骤（1）离子液体结构为[HDBU][2-NitrIm]:R1=R2=H,R3=NO2,[HDBU][Im]:R1=R2=R3=H,[HDBU][2-PhIm]:R1=R2=H,R3=Ph或[HDBU][4-MeIm]:R1=R3=H,R2=CH3中的一种或任意两种的混合物。作为本专利技术的进一步优化，所述步骤（1）反应物PC和醇摩尔比为1：4~6，离子液体占反应物摩尔含量为0.8~4mol%。作为本专利技术的进一步优化，所述步骤（2）反应温度为50~70℃，反应时间为1~4h。作为本专利技术的进一步优化，所述步骤（1）反应物醇为甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、正丁醇或异丁醇中的一种。作为本专利技术的进一步优化，所述步骤（1）反应物醇为甲醇。采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本专利技术提出的温和条件下高效醇解聚碳酸酯的催化剂为DBU质子型离子液体，该催化剂简单易得，在室温、无溶剂条件经过一步中和反应即可制备；以DBU质子型离子液体为催化剂应用于PC醇解反应中，反应条件更温和、催化剂用量少且催化效率高；经过萃取过程即可实现产品分离和离子液体再生，易于实现离子液体的循环利用。与传统方法相比，克服了反应在强酸、强碱条件下进行，显著改善了设备腐蚀和废水排放问题；选用DBU质子型离子液体为催化剂，其用量少，催化活性及催化效率都得到明显提高，使反应条件更温和，降低了能耗；反应体系可避免额外有机溶剂对PC的溶解，简化操作过程；而且离子液体具有较好的循环可利用性，是一种环境友好型生产工艺，具有良好的工业应用前景。具体实施方式本专利技术将结合具体实施方式作进一步详细的说明，以下实施例只用于说明本专利技术，并不是本专利技术的限定。实施例1取反应物PC和甲醇、催化剂[HDBU][Im]依次加入带有搅拌和温度计的不锈钢高压反应釜，其中，PC15.7mmol(4.0g)，PC和甲醇摩尔比为1：5，[HDBU][Im]占反应物摩尔含量为3.4mol%；将反应体系油浴加热至50oC，保持4h；反应结束后，冰水浴将反应釜降至室温，反应液经过滤、洗涤和萃取步骤，制得纯品BPA，计算得PC转化率为100%，BPA收率为96%。实施例2取反应物PC和甲醇、催化剂[HDBU][Im]依次加入带有搅拌和温度计的不锈钢高压反应釜，其中，PC15.7mmol(4.0g)，PC和甲醇摩尔比为1：5，[HDBU][Im]占反应物摩尔含量为1.7mol%；将反应体系油浴加热至70oC，保持2h；反应结束后，冰水浴将反应釜降至室温，反应液经过滤、洗涤和萃取步骤，制得纯品BPA，计算得PC转化率为100%，BPA收率为98.4%。实施例3取反应物PC和甲醇、催化剂[HDBU][Im]依次加入带有搅拌和温度计的不锈钢高压反应釜，其中，PC15.7mmol(4.0g)，PC和甲醇摩尔比为1：5，[HDBU][Im]占反应物摩尔含量为0.8mol%；将反应体系油浴加热至80oC，保持1h；反应结束后，冰水浴将反应釜降至室温，反应液经过滤、洗涤和萃取步骤，制得纯品BPA，计算得PC转化率为100%，BPA收率为94.3%。实施例4取反应物PC和甲醇、催化剂[HDBU][2-MeIm]依次加入带有搅拌和温度计的不锈钢高压反应釜，其中，PC15.7mmol(4.0g)，PC和甲醇摩尔本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种温和条件下高效醇解聚碳酸酯的催化剂，其特征在于所述催化剂为离子液体，由DBU阳离子与不同取代基咪唑阴离子构成，结构通式如下：

【技术特征摘要】
1.一种温和条件下高效醇解聚碳酸酯的催化剂，其特征在于所述催化剂为离子液体，由DBU阳离子与不同取代基咪唑阴离子构成，结构通式如下：。2.一种温和条件下高效醇解聚碳酸酯的方法，其特征在于：该方法包含以下步骤：（1）取反应物PC和反应物醇、权利要求1所述的催化剂离子液体依次加入反应器，PC和醇的摩尔比为1：2~8，离子液体占反应物（PC+醇）的摩尔含量为0.3~10mol%；（2）将反应体系加热至50~120℃，保持0.5~5h；（3）反应结束后，将反应器降至室温，过滤；（4）取滤液，经减压旋蒸分离出过量醇和副产物碳酸酯，加入乙醚和水分别萃取产品BPA和离子液体，上层乙醚相经减压旋蒸得到高纯产品BPA。3.根据权利要求2所述的一种温和条件下高效醇解聚碳酸酯的方法，其特征在于：所述离子液体结构为[HDBU][2-NitrIm]:R1=R2=H,R3=NO2...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘福胜，刘猛帅，郭娇，顾永强，王雨辰，
申请(专利权)人：青岛科技大学，
类型：发明
国别省市：山东,37