[发明专利]使用亲核试剂的含有亲电子键的聚合物的催化解聚

说明书

感谢政府支持

本发明是根据国家科学基金的授权(合作协议No DMR-980677)部 分地在政府的支持下做出的。因此，政府可以享有本发明的某些权利。

本申请是于2005年7月26日向中国国家知识产权局专利局提交 的中国专利申请200380109239.2的分案申请。

技术领域

本发明一般性地涉及聚合物的解聚，更特别地涉及使用亲核试剂 解聚聚合物的有机催化方法。本发明可应用于多种领域，包括工业化 学和化学废物处理，塑料回收和要求使聚合物降解的简单和便利方法 的制造工艺。

背景技术

各种技术进步持续地带来许多复杂的生态问题。因此，废物管理 和污染防治使二十一世纪的两个非常巨大的挑战。塑料垃圾势不可挡 的数量已经显著地造成许多社会面临的填埋空间的严重短缺。例如， 聚对苯二甲酸乙二醇酯(聚(氧-1，2-乙二基-氧羰基-1，4-二 亚苯基羰基)，PET)是一种广泛使用的工程热塑性塑料，用于地毯、 衣服、轮胎帘布、苏打瓶和其他容器、薄膜、汽车领域、电子产品、 显示器等，它单单在2002年就将造成超过10亿磅的要填埋废物。PET 世界范围的生产已经是正在以每年10％的年速率增长，和增长量是应 用在电子和汽车领域，这一速率预计将显著地增加到每年15％。令人 关注的是，前体单体只是石化产品流的大约2％。而且，应用有机溶 剂、卤代溶剂、水、和能量消耗以满足回收日用品聚合物诸如PET和 其他聚酯类的需求的激增已经产生了对环境负责的和能量有效的回收 工艺的需求。参见Nadkarni(1999)International Fiber Journa1 14(3)。

已经投入巨大的努力以研究对PET回收的战略，这些努力已经产 生了三种工业的选择方案：机械、化学和能量回收。能量回收就是简 单地焚烧塑料得到它的卡路里含量。机械回收是最广泛的途径，是将 聚合物研磨成粉末，然后与“原始”PET混合。参见Mancini等人(1999) Materials Research2(1)：33-38。许多化学企业使用这种方法以每 个工厂大约50,000吨/年的速度回收PET。在欧洲，从2002年起所 有的新的包装材料必须含有15％的回收材料。已经证明连续的回收步 骤造成显著的聚合物降解，接着导致所希望的机械性能损失。应用化 学降解的回收涉及的工艺是将聚合物解聚成起始材料，或至少降解成 相对短的低聚物组分。显然，这一方法是最理想的，但最难以控制， 因为除了要求由强碱组成的催化剂，或有机金属络合物如有机钛酸酯 外还要求升高的温度和压力。参见Sako等人(1997)Proc.of the 4^thInt′1 Symposium on Supercritical Fluids，pp.107-110。这种催 化剂的使用导致显著量的不希望的副产物，和由这些方法加工的材料 因此一般不适合医用材料或食品包装，限制了它们的应用。而且，进 行解聚所要求的能量本质上消除了可持续能力的论据。

所以，现有技术中需要一种改善的解聚方法。理想地，这样的方 法不会涉及极端的反应条件，金属催化剂的使用，或导致显著量的有 潜在问题的副产物的过程。

发明的公开内容

本发明涉及现有技术中上述需求，和本身提供一种使用温和条件 的有效的催化解聚反应，其中来自聚合物降解的不希望的副产物的产 生被最小化。该反应可以在最高80摄氏度的温度下进行，和由于优选 使用非金属的催化剂，在优选的实施方案中，解聚反应产物基本上不 含金属污染物。利用许多在其中公开的卡宾催化剂，解聚反应可以在 最高60摄氏度或甚至30摄氏度或更低的温度，即室温下进行。

更具体地，在本发明的一个方面，提供一种将具有一个含有亲电 子键的主链的聚合物解聚的方法，其中该方法包括该聚合物与一种亲 核试剂和一种催化剂在低于80摄氏度的温度下接触。该方法的一个重 要应用是对聚酯的解聚，聚酯包括聚酯均聚物(其中所有的亲电子键 都是酯键)和聚酯共聚物(其中一部分亲电子键是酯键和其余的亲电 子键不是酯键)。