聚碳酸亚丙酯(PPC),又称聚甲基乙撑碳酸酯,分子式为(C4H6O3)n,是以二氧化碳为单体原料在催化剂(双金属配位PBM型等)作用下,被活化到较高程度时,与环氧丙烷发生共聚反应合成的一种完全可降解的环保型塑料。PPC树脂为淡黄色或白色或透明半固体或固体,易溶于丙酮、苯、氯仿、乙酸乙酯,溶胀于丙酮和乙醇的合理比例溶液,不溶于水、醇及醚类溶剂。
PPC的合成:一定压力条件下,CO2和环氧丙烷在一定量活化后的催化剂作用下进行聚合反应生成PPC。反应过程中由于反应物的不断消耗,使得反应压力不断下降,需要在压力和温度基本稳定后,向密闭反应釜内填充CO2气体,维持压力不变。加入一定量稀盐酸终止反应后得到CO2和环氧丙烷共聚产物。
PPC的纯化:将合成的CO2和环氧丙烷共聚产物溶解在二氯甲烷中,溶液调节至一定浓度后,加入无水乙醇,生成沉淀,过滤干燥后得到PPC固体;再将得到的PPC配制成5%的二氯甲烷溶液,使用无水甲醇进行二次沉淀,干燥后得到进一步纯化的PPC。
PPC因其主要合成原料环氧丙烷在开环反应中的断键方式不同而具有不同的分子链结构。从PPC结构图中可以看出,PPC主链中存在大量醚键(-O-),使得链段容易绕着醚键内旋转,进而增大了分子链的柔性;极性较强的羰基(-CO-),增大了分子间作用力,使得分子链之间相互靠近,空间位阻较大,也增加了分子链的刚性;主链上大量极性酯基(-CO-O-)的存在使得PPC容易发生水解反应,具有较好的生物降解性能;PPC的端基一般为羟基,是影响其热稳定性的主要因素,在高温环境下,羟基的存在会引起酯类醇解,发生“解拉链式”或“无规式”热降解,因而PPC的热稳定性较差。
应用领域:
PPC可完全降解为H2O和CO2,且具有良好的透明性、无毒性、可降解性、高阻隔性、生物相容性等;通过塑料改性加工,可应用在注塑基础制品、纤维制品和吹塑制品等,在食品、包装和生物医药领域应用广泛,主要应用制品有:口香糖基料、一次性餐具、购物袋、农用薄膜、药物缓释载体、骨科固定材料、注射器、输液袋等;此外,PPC还可用于光刻胶、固体电解质、新型液晶材料、橡胶材料补强剂等。
目前,国外PPC生产企业包括SK、Empower、Materials.Inc等。全球范围内,日本是最早研发PPC的国家,我国PPC行业研究起步较晚,于上世纪90年才开始相关研究。国内从事PPC研发与生产的机构和企业包括中科院、中山大学、兰化所以及河南天冠公司、江苏中科金龙化工、内蒙古蒙西集团等。
PPC是我国生物可降解塑料产业的组成部分之一,其在生物降解塑料市场的占比在5%左右。PPC的力学性能、热稳定性较差,这极大限制了其市场应用范围。目前PPC相关改性方法已经取得了一定的成果,合成工艺也趋于完善。
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