[发明专利]一种应用聚酯材料可控解聚的锌催化剂及其催化方法

说明书

本发明公开了一种应用聚酯材料可控解聚的锌催化剂及其催化方法，属于聚酯解聚技术领域。本发明解决了现有废弃聚酯材料的醇解利用的锌催化剂需要合成复杂配体，合成步骤增多的问题。本发明采用的催化剂为结构简单双(六烷基二硅基氮烷)锌催化剂，在醇类化合物的参与下，通过该催化剂催化的酯交换反应，在温和条件下即可将聚酯材料解聚为有机小分子实现废弃聚酯的再利用。本发明采用锌催化剂催化聚酯解聚，金属锌无毒、无色、廉价易得，且作为人体的微量元素之一，生物相容性好，生产工艺更加绿色环保；且催化剂结构简单合成步骤少，产成本更加经济。该催化剂具有很好的普适性，对于各种不同结构的聚酯材料均具有很好的解聚效果。

技术领域

本发明涉及一种应用聚酯材料可控解聚的锌催化剂及其催化方法，属于聚酯解聚技术领域。

背景技术

聚酯材料由于具有优异的生物相容性、生物可降解性等优点，可作为传统石油基聚合物的替代物，在生物医药、包装材料、农业生产等领域得到了广泛应用，得到了越来越多的关注。但是大量生产的聚酯材料也引发人们思考废弃聚酯的后处理问题。尽管聚酯作为一种可降解聚合物能够降解为二氧化碳和水，但这通常需要特定苛刻的环境条件，且耗时较长。寻求高效便捷实现聚酯材料后处理的方法，是目前亟需解决的环境问题。

通过化学循环的方法实现聚合物的回收利用，提供了废弃聚酯后处理的一种有效解决途径。目前发展的化学循环法，主要有高温热解、水解、酶解法等。但是热解和水解通常需要高温的参与，因此提高了操作成本；而酶解法具有特异性，只能针对某些特定聚酯材料有解聚作用，也具有一定的局限性。另一种化学循环的方法是通过醇参与的酯交换反应，在转酯催化剂催化下，将聚酯醇解为有机小分子。这种方法不仅能够实现聚合物的解聚，完成废弃聚合物的后处理，同时，生成的醇解产物作为一种有用的化学品得到有效利用从而将废弃聚合物变废为宝，符合可持续发展的原则，因此具有重要的研究意义。

关于聚酯的酯交换醇解，目前仅有很少的文献报道。Enthaler等人报道了一种利用辛酸亚锡催化的聚丙交酯的解聚方法(Polym.Chem.，2020，11，2625–2629)，在甲醇的参与下，微波加热至160℃将聚丙交酯解聚为乳酸甲酯。但是，金属锡具有一定毒性，且高温的条件使得生产成本升高。金属锌无毒、无害，作为人体的微量元素之一，生物及环境友好，Jones报道了一种锌配合物可实现聚丙交酯的解聚，但是该催化剂需合成复杂配体，合成步骤增多，进一步提高了生产成本(ACS Catal.，2019，9，409–416)。

由此看见，对于废弃聚酯材料的后处理，通过醇解实现聚合物的循环利用具有诸多优势，但亟需一种简单高效、绿色环保的催化体系，从而在温和条件下快速实现聚酯材料的解聚。这对于环境保护以及可持续发展具有重要意义。

发明内容

本发明针对现有废弃聚酯材料的醇解利用的锌催化剂需要合成复杂配体，合成步骤增多的问题，提供一种应用聚酯材料可控解聚的锌催化剂及其催化方法。

一种应用于聚酯材料可控解聚的锌催化剂，该催化剂为双(六烷基二硅基氮烷)锌，分子式为Zn[N(SiR₃)₂]₂，结构式为：

其中R代表烷基。

进一步地，R为甲基。

上述锌催化剂催化聚酯材料可控解聚的方法，该方法为：

在常压、惰性气体保护下，在双(六烷基二硅基氮烷)锌催化剂催化下，在一定温度下，将聚酯溶于有机溶剂或不添加其他溶剂，在醇类化合物引发下进行聚酯材料的解聚获得有机小分子，实现聚酯材料的回收利用。

进一步地，聚酯材料的聚合单元结构式为：

其中R₁、R₂代表氢或烷基或烷氧基或芳基或卤原子，n为不小于1的整数；