CN102659590A - 废聚乳酸材料在离子液体环境下的醇解回收方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种化学解聚废聚乳酸材料生成乳酸烷基酯,实现其化学循环回收的新方法。其特征是采用易重复回用的1-R-3-甲基咪唑醋酸盐离子液体(其中R可以为乙基、丙基或丁基)为反应介质和催化剂,在100-150℃下进行醇解反应,反应结束后,经过滤、蒸馏等操作得到乳酸烷基酯,回收的离子液体不经任何处理直接回用。本发明与传统的方法相比,其特点是:(1)无需采用背景技术中的传统强酸、强碱,显著改善了设备腐蚀和废水排放问题。(2)由于采用对废PLA具有一定溶解性的离子液体作为反应介质和催化剂,一方面缓和了反应条件,另一方面离子液体可实现重复回用,克服了背景技术中催化剂不能重复回用问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种以离子液体为反应介质和催化剂,将废聚乳酸(PLA)材料进行化学解聚回收乳酸烷基酯的新方法。
技术背景
PLA是一种优良的生物基聚合材料,具有良好的生物相容性和生物可降解性,是聚酯和聚苯乙烯等石油基聚合物的潜在替代品,可广泛用于工业、包装业和医药业等领域。近年来,随着石油资源的日益匮乏和PLA生产技术的不断发展,PLA的生产与消费增长迅速。PLA产销量的迅猛增加将导致废旧PLA的量越来越多。虽然PLA能够在自然条件下降解,但降解周期过长,废弃物堆放或填埋会占用空间、污染环境;另外,其降解产物CO2和H2O因无法直接进行循环再利用,也是巨大的资源浪费。因此,在不断加强PLA材料制备技术研究的同时,对废PLA的循环利用技术研究也日益受到人们的重视。
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,导致副反应多,难以获得高纯度的目的产物。因此,与热解聚相比,化学解聚法更为有效,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。目前,醇解法主要是在传统强酸存在下进行的,例如Brake(US Patent 5264617)利用硫酸、对甲苯磺酸和甲基磺酸等催化PLA的醇解反应。这些方法的缺点是需要应用大量的传统强酸作催化剂、催化剂不能重复回用、设备腐蚀、需中和水洗而导致废水量大。因此引入新方法来改善现有工艺弊端,实现废聚乳酸材料的化学循环利用具有重要意义。
发明内容
本发明提出了一种通过醇解反应对废PLA进行化学解聚回收的新方法。该方法采用对废PLA具有一定溶解性且可以重复回用的离子液体作溶剂和催化剂,将废PLA进行醇解反应,一方面不需要使用任何传统酸碱,避免了中和水洗过程,从而可以显著改善设备腐蚀、减少废水排放;另一方面离子液体可重复回用。
本发明的目的是提供一种醇解废PLA的新方法,以克服传统方法中存在的需消耗大量无机酸碱、催化剂不能重复回用、设备腐蚀和废水排放多等缺点。
本发明通过以下方案解决这些问题,采用对废PLA具有一定溶解性的离子液体为反应介质和催化剂,在一定压力和温度下,将废PLA进行醇解反应。反应结束后,通过蒸馏操作分离回收未反应的原料醇和产物乳酸烷基酯,剩余的离子液体作为反应介质和催化剂直接回用。
本发明方法所述的离子液体具有以下结构通式:
其中,R可以为乙基、丙基或丁基。
最常用的为1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑醋酸盐或其复配物。
由于在反应条件下,所采用的离子液体对废PLA和原料醇都具有一定的溶解作用,从而可以促进醇解反应,结果使得反应时间和温度都得到显著改善。另外,由于所采用的离子液体本身具有催化作用,因而可以避免传统强酸、强碱的使用,简化了工艺流程,减少了废水排放。本发明方法所述的温度一般在100~150℃,离子液体与废PLA的质量比一般为0.02-1∶1,最好为0.05-0.5∶1。本发明中涉及的反应原理如下:
其中,R为C1-C4的烷基。
本方法通过以下步骤实现:
将离子液体、醇和废PLA按一定比例加入到反应釜中,在一定温度下搅拌反应一定时间。反应结束后,通过蒸馏操作回收未反应的原料醇和产物乳酸烷基酯,剩余的离子液体作为反应介质和催化剂直接回用。
本方法与传统方法相比,其特点是:(1)无需采用背景技术中的传统强酸、强碱,显著改善了设备腐蚀和废水排放问题。(2)由于采用对废PLA具有一定溶解性的离子液体作为反应介质和催化剂,一方面缓和了反应条件,另一方面离子液体可实现重复回用,克服了背景技术中催化剂不能重复回用问题。
具体实施方法
下面结合实施例对本发明的方法做进一步说明,但并不是对本发明的限定。
实施例1:将12.0g废PLA放入高压釜中,依次加入0.9g 1-丁基-3-甲基咪唑醋酸盐、25g甲醇,在115℃下搅拌反应3h,降至室温后,反应液经过滤、蒸馏等处理过程,PLA醇解率96.5%,乳酸甲酯收率91.0%。
实施例2:实验条件与步骤同实施例1,只是将1-丁基-3-甲基咪唑醋酸盐改为1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐,反应温度改为100℃,PLA醇解率94.0%,乳酸甲酯收率90.3%。
实施例3:实验条件与步骤同实施例1,只是将1-丁基-3-甲基咪唑醋酸盐改为1-丙基-3-甲基咪唑醋酸盐,PLA醇解率97.0%,乳酸甲酯收率91.3%。
实施例4-8:实验条件与步骤同实施例12,只是将甲醇分别改为乙醇、丙醇、异丙醇、正丁醇或异丁醇,所得结果见表1。
表1实施例4-8的反应结果
实施例9-14:实验条件与步骤同实施例1,只是将离子液体改为实施例1中回收的离子液体,进行六次重复回用实验,回用结果见表2。
表2离子液体的重复回用结果
比较例1:实验条件与步骤同实施例1,只是将1-丁基-3-甲基咪唑醋酸盐改为甲醇,醇解反应几乎没发生,未得到乳酸甲酯产品。
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