[发明专利]一种聚碳酸亚丙酯及其制备方法

说明书

本发明提供一种聚碳酸亚丙酯及其制备方法。所述制备方法包括如下步骤：(1)将有机溶剂、环氧丙烷和催化剂进行活化，得到活化催化剂；(2)在步骤(1)得到的活化催化剂和有机溶剂的存在下，二氧化碳和环氧丙烷进行聚合，得到所述聚碳酸亚丙酯。本发明通过将催化剂进行活化处理，然后在有机溶剂存在的条件下，通过活化催化剂催化环氧丙烷和二氧化碳进行聚合反应，由此制备得到的聚碳酸酯具有超高的分子量和较好的力学性能。

技术领域

本发明属于高分子合成技术领域，具体涉及一种聚碳酸亚丙酯及其制备方法。

背景技术

二氧化碳是一种常见的温室气体，也是一种廉价易得的碳资源，对于二氧化碳固定和利用的研究一直受到广泛关注，其中以二氧化碳为原料合成高分子材料的研究成为了二氧化碳固定和利用研究领域的热点之一。自1969年日本Inoue教授首次利用二氧化碳与环氧化物共聚得到具有生物降解性的脂肪族聚碳酸酯以来，经过近50年的研究，二氧化碳与环氧丙烷的共聚产物——聚碳酸亚丙酯(PPC)已经成为所有的二氧化碳共聚物中最有工业化价值的品种，并且已经实际应用在泡沫、薄膜材料等领域中。

CN102391635A公开了一种生物降解泡沫塑料及其制备方法。所述生物降解泡沫塑料以由二氧化碳和环氧丙烷合成的生物降解聚合物聚碳酸亚丙酯为基体，添加部分生物降解材料(如聚乳酸、聚丁二酸丁二酯、聚己二酸丁二醇酯或聚对苯二甲酸丁二醇酯)以提高其使用温度，为了提高性能，配方中添加了扩链剂，配方中还添加少量成核剂，通过熔融混合或溶液混合制成发泡专用料，然后用塑料挤出机进行物理发泡制造塑料发泡制品，也可将混料与发泡工艺在同一台挤出机上同时完成，聚碳酸亚丙酯材料经发泡后，可广泛用于包装领域。

CN101348605A公开了一种可降解脂肪族聚碳酸酯复合薄膜材料及其制备方法。所述复合薄膜材料是由聚碳酸亚丙酯与聚乙二醇共混复合而成，其中按重量百分比计聚乙二醇的含量为20～60％，聚碳酸亚丙酯的含量为40～80％；其制备方法是将聚碳酸亚丙酯与聚乙二醇分别溶于有机溶剂配成溶液；将两种溶液按比例混合均匀，于室温下挥发除去大部分溶剂后，将混合液浇铸于平板玻璃模具中；经真空干燥至恒质量，即获得PPC-PEG复合薄膜材料。

对于聚碳酸亚丙酯的制备而言，目前稀土三元催化剂及有机羧酸锌催化剂以其合成简单，成本低廉的特点率先实现了PPC的工业化生产，然而由于非均相催化体系的催化机理难以明确，其催化效率一直得不到有效的改善，且由于聚合过程中副产物碳酸丙烯酯(PC)的生产与反应温度呈正相关，因此，工业上制备PPC的反应温度一般控制在75℃以下，为达到合适的转化率，反应时间一般控制在10小时以上，尽管如此，环氧丙烷的转化率也仅为30％～40％。

不管是稀土三元催化体系还是有机羧酸锌催化体系在聚合前期都存在引发时间，而引发时间的长短一方面影响到聚合反应的效率，同时过长的引发时间也会提供副产物PC含量，增加后续分离成本，另一方面，随着聚合反应的进行，单体的不断消耗也会导致聚合体系后期粘度的增大。Al-Wahaibi T等人(Roles of drag reducing polymers insingle-and multi-phase flows[J],Al-Wahaibi T等,Chemical Engineering ResearchDesign,2014,92(11):2153-2181)报道了高分子发生湍流作用时，拉伸和剪切的共同作用使分子链伸长，一旦超过分子链的承受能力，便会发生诱导自由基降解，随着体系粘度的增大，湍流作用越加明显，所以搅拌带来的剪切变稀虽然一定程度上降低了体系的表观粘度，但也直接引起分子链的断裂，从而导致最终聚合产物的分子链得不到稳定的增长。CN112358607A公开了一种二氧化碳-环氧丙烷共聚物的制备方法，该技术方案通过高压溶液聚合方式大幅度降低了聚合反应后期体系的粘度，有效提高了稀土三元催化剂与二元羧酸锌催化剂催化聚合过程中环氧丙烷的转化率，然而该方法制得的PPC数均分子量最高仅为250kDa，数均分子量较低。