[发明专利]一种基于离子液体高效催化制备聚碳酸酯的方法

说明书

本发明公开了一种咪唑类离子液体高效催化碳酸酯和二羟基化合物熔融酯交换合成聚碳酸酯的方法。该方法是在惰性气体氛围下，将碳酸酯和二羟基化合物混合，加入催化剂，通过酯交换和缩聚两个反应阶段得到产物。所得聚合物的分子量为1.0×10⁴～2.0×10⁵g/mol，玻璃转化温度为50～200℃。咪唑类离子液体相比传统的碱金属盐、碱土金属盐或季铵季磷盐等酯交换催化剂，能催化合成更高分子量的聚碳酸酯。

技术领域：

本发明涉及绿色高效催化技术领域，具体指在咪唑类离子液体的催化下，以碳酸酯和二羟基化合物为原料，通过熔融酯交换的反应制备聚碳酸酯的方法。

背景技术：

聚碳酸酯(PC)是一种高性能工程塑料，其质量轻，透光性好，同时又兼备较高强度、延展性及韧性，从而被广泛应用于电子电器、建筑建材、汽车制造、航空航天和医疗器械等领域。近些年来，生物基高分子材料备受关注，1，4:3，6-二缩水己六醇是其中最有发展潜力的合成聚碳酸酯的生物基原料。其结构中的两个相邻呋喃环使得分子结构具有刚性大、热稳定性高。因此，1，4:3，6-二缩水己六醇型聚碳酸酯具有较高玻璃转化温度和较好热力学稳定性。目前已经有用1，4:3，6-二缩水己六醇作为聚合单体合成聚酯的文献和专利报道(Macromolecules，2006，39，9064-9070；Journal of Polymer Science Part A：PolymerChemistry,2013,51，1387-1397；CN103249758；CN102746504)。但1，4:3，6-二缩水己六醇型聚碳酸酯不易加工，所以需要引入柔性基团来改善其力学性能。目前报道最多的是用脂肪族二醇化合物和1，4:3，6-二缩水己六醇共聚合成共聚型聚碳酸酯(CN102746504；CN104031249；Polymer Chemistry,2013,51，1387-1397；Polymer Chemistry,2015,6(4):633-642)。

目前报道的催化剂主要包括金属盐催化剂、有机芳香碱催化剂、季铵季磷盐等。其中金属盐催化剂，主要包括碱金属、碱土金属的氢氧化物、碳酸盐和配合物等。如氢氧化钠、碳酸铯(Journal of Industrial and Engineering Chemistry,2016,37:42-46)、乙酰丙酮锂(Polymer Chemistry,2013,51，1387-1397)等。有机芳香碱催化剂包括苯并咪唑(CN1141929)、吗啉(CN1261903)、胍类(CN1098419)等。但这些催化剂存在金属残留、活性低、所合成的聚碳酸酯分子量不高等问题，所以开发活性高、能合成高分子量聚碳酸酯的催化剂十分重要。

离子液体凭借绿色低毒和可设计性，被广泛用做CO₂转化、生物质转化、酯交换等各类反应的催化剂。基于阴阳离子协同催化机制，咪唑离子液体可以更高效地催化酯交换反应。本发明旨在开发能高效催化碳酸酯与二羟基化合物通过熔融酯交换反应，合成高分子量聚碳酸酯的咪唑离子液体的催化剂。

发明内容：

本发明的目的是开发咪唑类离子液体催化剂，用于高效催化二羟基化合物与碳酸酯熔融酯交换合成聚碳酸酯。

本发明的反应通式为：

所述式Ⅰ中，R₁为主链碳原子总数为3～20的脂肪烃基或者芳香族基团。R₂为苯环或者碳原子数为1～8的烷基。碳酸酯和二羟基化合物的投料比为0.8～1.2。与1，4:3，6-二缩水己六醇的摩尔比为0～10。m,n是产物中两种重复单元的数目，且数值为100～1000的自然数。

所述式Ⅰ中所示聚合物的数均分子量为1.0×10⁴～2.0×10⁵g/mol，玻璃转化温度为50～200℃。