基于碱性复合催化剂高效催化裂解机制的PLLA化学循环研究

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聚乳酸被认为是传统石油基塑料的热点替代品之一,发展聚乳酸塑料的全化学循环利用技术,不仅可以减少直接废弃所带来的塑料污染等环境问题,还可以增加废弃聚乳酸的经济效益。在聚乳酸的化学循环生命周期过程中,催化聚乳酸裂解合成单体丙交酯技术对整体循环工艺至关重要。目前催化低分子量聚乳酸裂解制备单体丙交酯存在产率低、消旋化严重的问题,而催化废弃高分子量聚乳酸裂解合成丙交酯也存在催化剂活性低用量高、消旋化严重等问题。为解决上述问题,本论文采用绿色易得的碱性复合催化剂(乳酸锌和碳酸氢钠)催化聚乳酸高效裂解合成丙交酯,为聚乳酸的全化学循环技术奠定基础:(1)以Zn(La)2和NaHCO3为催化剂,高效催化低分子量聚L-乳酸(Mw=1500Da)裂解合成低消旋化L-丙交酯。在温度195℃、压力3torr条件下反应3.25h,L-丙交酯产率可达95.63%,光学纯度高达97.86%。结合GC、GPC、13C-NMR等分析,探索优化了反应压力和温度、催化剂的用量等反应条件,并通过底物的结构与产物的构型表征,研究了碱性复合催化剂高效催化裂解聚乳酸的反应机理,阐释了产物丙交酯的消旋化机制。(2)以Zn(La)2和NaHCO3为催化剂催化高分子量废弃聚L-乳酸(Mw>190k Da)裂解回收合成单体L-丙交酯,探究了两种可行的降解回用技术路线。首先采用密炼混合催化剂后直接减压热解的方式,在温度210℃、压力3torr条件下3.5h内单体转化率达到89.93%,纯度高达84.17%。其次采用常压与减压相结合的热裂解方式,在190℃常压反应3h后减压至3torr继续反应1h,丙交酯单体产率可以达到90.23%,纯度高达84.79%。探索优化了两种路线中催化剂用量、温度等反应条件;通过表征产物成分及丙交酯的构型,阐明了碱性复合催化剂高效催化废弃聚乳酸裂解反应的机理。
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