[发明专利]用于制备芳香族聚碳酸酯的复合催化剂及其应用

说明书

本发明涉及一种用于制备芳香族聚碳酸酯的复合催化剂及其应用，该复合催化剂的原料组分包括有机碱类催化剂和碱性离子液体。将该复合催化剂用于芳香族聚碳酸酯的制备过程中：以二羟基化合物和碳酸二酯为原料，采用非光气酯交换法合成聚碳酸酯；其中，二羟基化合物和碳酸二酯的摩尔比为1：(1.015～1.1)，复合催化剂的用量为二羟基化合物质量的0.5％～5％。采用本发明提供的复合催化剂，不仅可以使聚碳酸酯合成过程中的酯交换反应在较低温度下以较快速度进行，而且可使聚合产物中催化剂残留量降至最低；此外，在赋予聚合产物特殊性能的同时最大限度地避免了产物聚碳酸酯应用性能所受到的负面影响。

技术领域

本发明涉及聚碳酸酯的合成技术领域，具体涉及一种用于制备芳香族聚碳酸酯的复合催化剂及其应用。

背景技术

聚碳酸酯作为一种生物可降解的生态友好型聚合物，以高强度、高韧性、高抗热性、抗震性、加工性能好、优良的透明性、尺寸稳定性、无毒性、耐候性、电绝缘性、耐射线灭菌性以及机械力学性能而著称，是综合性能极为优良的热塑性工程塑料。

聚碳酸酯工业化生产方法的趋势为采用非光气熔融酯交换法制备工艺，即使芳族二羟基化合物与碳酸二酯在催化剂作用下直接进行熔融酯交换反应，最终制备得到芳族聚碳酸酯；但该法最大的缺陷在于对原料纯度、生产设备、工艺技术等方面的要求较为苛刻。此外，在熔融酯交换法制备聚碳酸酯工艺中，为了制备高分子量的聚碳酸酯，一般需要在高温、高真空条件下进行，原料单体和产物保持为熔融状态，但是随着反应的进行，尤其是随着产物分子链增大，物系粘度升高，传质、传热状况恶化，局部过热难以控制，易产生支化、重排、交联等副反应，导致聚碳酸酯着色，从而影响产品质量。

基于此，在聚碳酸酯合成过程中，选择适宜的催化剂及用量，不仅可以使酯交换反应在较低温度下以较快速度进行，而且可使聚合产物中催化剂残留量降至最低，或者赋予聚合产物特殊性能，从而最大限度地避免产物的应用性能受到负面影响。

因此，研究一种新型的催化剂体系，使其在催化熔融聚合得到高分子聚碳酸酯的同时又能减少副反应，并且改进产物性能显得尤为重要。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明旨在提供一种用于制备芳香族聚碳酸酯的复合催化剂及其应用。采用本发明提供的复合催化剂，在熔融状态下，以二羟基化合物和碳酸二酯为原料，催化制备聚碳酸酯的方法。申请人经过大量实验发现：借助于离子液体结构的可设计性，在含氮杂环嘧啶中引入烷基、胺基、酰胺基等特殊基团作为离子液体阳离子，不仅能够增加分子尺寸，抑制fries重排反应的发生，降低聚碳酸酯的支链化，从而大幅度提高了催化剂的活性和选择性；而且将该离子液体与有机碱类催化剂协同作用，可以调控催化剂体系的热稳定性范围，保证催化剂从酯交换前期较低温阶段到缩聚后期高温阶段的催化活性和选择性。

为此，本发明提供如下技术方案：

第一方面，本发明提供一种复合催化剂，原料组分包括：有机碱类化合物和碱性离子液体；其中，有机碱类化合物包括烷基金属化合物，且烷基金属化合物中的金属选自元素周期表IA族的金属元素。

在本发明的进一步实施方式中，碱性离子液体的结构包括：

其中，R₁为烷基；R₂为烷基、胺基、酰胺基或双酰胺基；X^-为OH^-、HCOO^-、CH₃COO^-或H₂PO₄^-。

在本发明的进一步实施方式中，烷基金属化合物包括叔丁基锂、叔丁基钾、叔丁基铯和叔丁基钠中的一种或多种。

在本发明的进一步实施方式中，有机碱类化合物和碱性离子液体的摩尔比为1：(3～5)。