[发明专利]微波辅助碱催化选择性降解聚碳酸酯和聚酯类塑料的方法

说明书

本发明属于高分子材料领域，具体为一种微波辅助碱催化选择性降解聚碳酸酯和聚酯类塑料的方法。本发明以醇类溶剂和其他溶剂的混合体系为反应溶剂，在微波辅助作用下，经碱催化，使醇类溶剂与聚碳酸脂和聚酯类塑料发生酯交换反应，即可高效选择性降解聚碳酸酯和聚酯类塑料，得到相应的聚合物前体分子产物，从而实现相关塑料的全降解及原料前体的全回收。本发明能以接近定量产率得到降解产物（即聚碳酸酯、聚酯前体）。反应转化效率高、操作简单，并可进一步对不同聚碳酸酯、聚酯类混合酸料塑料进行选择性分步降解与回收，适于实际产业化应用。

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及降解聚碳酸脂和聚酯类塑料的方法

背景技术

以化石燃料为原料生产出来的塑料，如聚对苯二甲酸乙二醇酯、高密度聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯等，具有轻质、耐用等优势，因此被广泛用于生活的方方面面。然而由于塑料具有较高分子量以及较高的键能导致其耐受性好，并自然环境中缺乏降解塑料的微生物等原因，塑料难以被降解，进而导致白色污染。为了解决塑料对环境所造成的污染，对塑料进行降解回收再利用是一种比较好的方式。目前塑料回收再利用的方法有四种：熔融再塑、机械回收、化学降解、能量利用。熔融再塑适合洁净塑料废弃物，例如塑料制品加工过程中产生的边角料。机械方式是比较常用的回收的方法，但这种回收的方式会使得塑料的性能降低，一般塑料制品机械回收三次以上就不能再次进行机械回收。能量利用方式指的是收集焚烧塑料所产生的能量并进行利用，这种方式会释放出二氧化碳温室气体。对比这三种方式，化学降解可实现废弃塑料到聚合物原料单体的转化，所得到的单体可重新用于制备相应的聚合物或者用于生成其它高值化产物的合成，因此是一种优异塑料回收利用方式。

塑料废弃物一般是混合物，如何实现其选择性降解分步拿到某一聚合物纯净的降解产物(或相应聚合物前体)至关重要。而选择性降解关键在于如何控制塑料中不同聚合物键的选择性断键，已有文献报道利用质子化离子盐有机催化剂TBD:MSA实现了聚双酚A碳酸酯和聚对苯二甲酸乙二醇酯的选择性降解(Angew.Chem.Int.Ed.2021,60,6710)。采取微波降解塑料的方法也有相关的报道(Procedia Engineering,2016,148,314)，其利用1w％HCl水溶液，在231℃、2.6MPa的条件下实现了聚对苯二甲酸乙二醇酯的降解。同时也有微波辅助下聚双酚A碳酸酯的降解的方法报道(APCBEE Procedia,2012,3,172)，可利用氢氧化钠水溶液和四氢呋喃的混合溶液体系，110℃条件下可以以94％的产率得到双酚A，该方法中使用的碱量较高，聚双酚A碳酸酯和氢氧化钠的质量比为5:1。总的来说，由于高温高压或者使用了强碱，限制了这两个方法在工业上应用的前景。

综上所述，目前亟待发展一种操作简单、条件温和、效率高、选择性高、适合工业化的混合塑料选择性降解到单体的新方法。本发明在微波辅助的碱催化下，以醇与甲酰胺或醚等为混合溶剂，实现了聚碳酸酯和聚酯类塑料的高效选择性到相应聚合单体的降解。

发明内容

本发明的目的在于提供一种操作简单、条件温和、效率高、选择性高的降解聚碳酸酯和聚酯类塑料的方法。

本发明提供的高效选择性降解聚碳酸酯和聚酯类塑料(简称聚合物)的方法，是以醇类溶剂和其他溶剂的混合体系为反应的溶剂，在微波辅助作用下，经碱催化，使醇类溶剂与聚碳酸脂和聚酯类塑料发生酯交换反应，反应条件为：30～150℃密闭反应0.5～3小时，即可高效选择性降解聚碳酸酯和聚酯类塑料，得到相应的聚合物前体分子产物(如1,2-丙二醇、双酚A或对苯二甲酸二甲酯)。

本发明中，所述的碱选自八水合氢氧化钡、氢氧化钡、氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化锌、氢氧化镁、氢氧化钙、磷酸钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、磷酸钾、磷酸氢二钾、磷酸二氢钾、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、碳酸氢钾、碳酸铯、叔丁醇钾、叔丁醇钠、乙醇钠、乙醇钾、乙酸锌、乙酸钠、乙酸钾、甲酸钠、甲酸钾。

本发明中，所述的微波功率为10～850W，频率为2455MHZ。