[发明专利]一种固载化离子液体催化废聚乳酸醇解回收乳酸甲酯的方法

说明书

本发明公开了一种以固载化离子液体[tespmim][OAc]‑Zn(OAc)₂/SBA‑15为催化剂醇解废聚乳酸材料(简称PLA)回收乳酸甲酯的方法，包括以下步骤：按质量比m_PLA:m_催化剂＝1:0.001～0.1，摩尔比n_PLA：n_甲醇＝1:1～10，将PLA、甲醇和催化剂[tespmim][OAc]‑Zn(OAc)₂/SBA‑15加入到反应釜中，在90～130℃下进行醇解反应，反应结束经过滤回收催化剂、旋蒸回收未反应的甲醇、减压蒸馏收集产品乳酸甲酯，PLA的转化率可达100％，产品乳酸甲酯的收率可达95％以上，纯度达99％，催化剂固载化离子液体[tespmim][OAc]‑Zn(OAc)₂/SBA‑15可直接回用。

技术领域

本发明属于废弃生物基材料高值转化技术领域，具体涉及一种用固载化离子液体催化剂[tespmim][OAc]-Zn(OAc)2/SBA-15催化废聚乳酸(PLA)甲醇醇解回收乳酸甲酯的方法。

背景技术

随着人口增加、石油危机和石化基原料价格的持续上涨，以及人类对环境和健康等问题的日益重视，使得可再生资源的开发与利用越来越引起了人们的关注。聚乳酸(PLA)作为一种性能优良的高分子材料，具有良好的生物相容性、生物可降解性、对环境友好及良好的力学性能等优点，是聚酯、聚苯乙烯等石化基聚合物的潜在替代品，可应用于工业、农业、包装和生物医学等领域。随着石油资源的匮乏和PLA生产技术的发展，PLA材料在日常生活中使用量会逐年增加，那么如何处理废弃的PLA将成为一个新的难题。虽然PLA能够在自然条件下降解，但降解周期过长，废弃物堆放或填埋也会占用空间、污染环境；另外，降解产物二氧化碳和水因无法直接进行循环再利用，也是一种资源浪费。因此，在不断加强PLA制备技术研究的同时，对废PLA的回收利用技术研究也日益受到人们的重视。

由于PLA的易降解等特性，它难以像其它塑料一样通过熔融再塑、造粒再塑等方法进行物理回收。并且PLA的单体成份都是附加值较高、用途广泛的化工原料或中间体，所以将其焚烧回收能量也不是首选的方法。而采用化学回收法将PLA材料在热或化学试剂的作用下进行解聚，生成相应的小分子产物，从而实现资源的循环利用。目前所报道的化学回收法主要有热解聚和化学解聚，热解聚法由于温度较高，导致热解聚产物复杂，难以获得高纯度的产物。因此，与热解聚相比，化学解聚法更为有效。文献报道的化学解聚法主要有水解、醇解和酶催化降解，其中醇解法是重要的化学解聚法之一，通过该方法，可以将废PLA醇解生成相应的乳酸烷基酯产品。

由于PLA在甲醇中难以溶解，使其醇解反应需要在高温、或大量的传统酸或碱催化条件下进行。目前，关于醇解法解聚PLA的相关报道比较少，例如Brake(US Patent5264617)等以硫酸、对甲基苯磺酸和甲基磺酸等催化PLA醇解反应。Ishihara(JP2009029757 A 20090212)等以碳酸锌或羧酸锌为催化剂，在温度60～100℃下反应3.0h，PLA醇解得到乳酸甲酯，收率仅为65％，且产物有光学异构体。已报道方法的缺点是传统的酸碱催化剂难以回收或重复使用，腐蚀设备、需中和和水洗而导致废水量大、污染环境。本课题组报道了离子液体1-烷基-3-甲基咪唑醋酸盐(CN 2012101469065)、液体路易斯酸(CN2015102531419)为催化剂，可有效催化PLA醇解回收相应的产品，但液体催化剂分离困难、难以回收。离子液体用量大(离子液体与PLA质量比一般为0.02～1:1，最好为0.05～0.5:1；)，液体路易斯酸虽然用量不大，但都含有过渡金属盐，导致产品颜色污染、纯度不高。因此，引入新的思路和方法来改善现有工艺弊端，实现废聚乳酸材料化学循环利用具有重要意义。

发明内容

针对本技术领域存在的不足之处，本发明的目的是提出了一种应用固载化离子液体[tespmim][OAc]-Zn(OAc)₂/SBA-15为催化剂甲醇醇解PLA的方法，回收得到乳酸甲酯。实现本发明的技术方案为：