[发明专利]一种可循环的含氮聚碳酸酯塑料的合成方法

说明书

本发明提供了一种可循环的含氮聚碳酸酯塑料的合成方法，使用基于联苯的双核钴配合物及季铵盐组成的催化体系应可以实现含氮环氧烷烃与二氧化碳交替共聚反应。此类含氮环氧烷烃是以糠醛为原料制备的生物质单体，之后又在环上引入了不同的氨基甲酸酯的结构，功能基团FG的不同，会显著影响聚合物的降解选择性、结晶性、热力学稳定性等等。同时，这种无毒无害，可生物可降解CO₂基聚碳酸酯，又可以在受热条件下发生化学降解，实现聚碳酸酯到环氧烷烃的循环，是有一种可实现塑料到单体技术的新型聚碳酸酯塑料。

技术领域

本发明涉及一种可循环的含氮聚碳酸酯塑料的合成方法，使用基于联苯的双核钴配合物及季铵盐组成的催化体系应可以实现含氮环氧烷烃与二氧化碳交替共聚反应。此类含氮环氧烷烃是以糠醛为原料制备的生物质单体，之后又在环上引入了不同的氨基甲酸酯的结构，功能基团FG的不同，会显著影响聚合物的降解选择性、结晶性、热力学稳定性等等。同时，这种无毒无害，可生物可降解CO₂基聚碳酸酯，又可以在受热条件下发生化学降解，实现聚碳酸酯到环氧烷烃的循环，是有一种可实现塑料到单体技术的新型聚碳酸酯塑料。

背景技术

合成高分子塑料是20世纪以来人类发明的最重要的材料之一，具有质量轻，韧性强，可加工性佳等特点，在人类社会生产生活中的各个方面得到极为广泛的应用。在过去几十年，塑料产量大幅增长，在2015年，人类累计生产了约83亿吨塑料，其中约63亿吨已经成为了废弃物，而只有9％被回收利用。塑料主要来源于石油、天然气等非可再生资源，此类资源的不可再生性不仅仅带来了资源消耗殆尽的问题，同时废弃的高分子材料也会带来严重的环境问题，尤其是绝大多数的合成高分子都难以降解。因此近年来，像CO₂、糠醛等可再生资源被越来越多地应用于聚合物合成领域，用以制备包括弹性体、水凝胶、树脂基复合高分子等可持续性材料。

研究显示，脂环族环氧烷烃的并环结构的优势，使其聚合物在高温下发生降解得到相应的单体是可行的。2013年，Darensbourg等人对聚碳酸环戊烯酯的降解第一次实现了由CO₂基聚碳酸酯到单体的回收，但同时有少量环状碳酸酯的生成。2017年，Sablong及其同事报道了1,5,7-三叠氮双环(4.4.0)癸-5-烯催化的聚碳酸柠檬烯酯的定量解聚成相应的初始氧化柠檬烯单体。我们以此设计了一系列来源于生物质的环氧烷烃单体，利用糠醛为原料，成本低廉，且可以实现化学降解，使得这样生物衍生塑料同时具备可持续性和可循环性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是来源于生物质材料的五元环脂环族聚碳酸酯的合成和降解方法。

本发明的技术方案：

一种可循环的含氮聚碳酸酯塑料的合成方法，含氮环氧烷烃合成路线如下：

式中，5a:R＝CH₃、5b:R＝CH₂CH₃、5c:R＝CH₂CH₂CH₃、5d:R＝CH₂CH₂CH₂CH₃、5e:R＝(CH₂)₄CH₃、5f:R＝(CH₂)₅CH₃、5g:R＝CHCH₃CH₂CH₃、5h:R＝C(CH₃)₂CH₂CH₃、5i:R＝CH(CH₃)₂、5j:R＝CH₂CH(CH₃)₂、5k:R＝C(CH₃)₃、5l:R＝CH₂C₆H₅、5m:R＝CPh₃；