基于离子液体的生物基材料聚羟基链烷酸化学解聚规律研究

通过阴、阳离子的结构组装与调变，设计合成各种疏水性和亲水性离子液体溶解聚羟基链烷酸（PHA）材料，研究离子液体的结构与其稳定性、亲水/疏水性及其对PHA材料的溶解性能之间的关系，创制出对PHA材料有较强溶解能力和较高稳定性的疏水性和亲水性两类溶剂型离子液体。在此基础上，合成出疏水性和亲水性两类酸或碱功能化的离子液体催化剂，将上述离子液体用于催化PHA材料的化学解聚反应中，实现在较温和的反应条件下回收制备相应的单体原料或化工产品。研究上述反应在新催化体系下的动力学规律和反应机理，实现离子液体的回收和循环使用。以期克服PHA材料现有的解聚工艺存在的缺陷，为离子液体在废PHA材料化学回收循环利用中的应用提供理论支持。

聚乳酸（PLA）和聚羟基丁酸（PHB）这样的聚羟基链烷酸（PHA）是一类重要的生物基聚合材料，是聚酯、聚苯乙烯等石油基聚合物的潜在替代品。随着PHA产销量迅猛增加，将导致废PHA的量越来越多。虽然PHA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造成污染环境，也是巨大的资源浪费。因此，对废PHA进行回收利用研究日益受到人们的重视。本项目通过阴、阳离子的结构组装与调变，设计合成了各种类型的离子液体溶解PHA材料，对离子液体的结构与其稳定性、亲水/疏水性及其对PHA材料的溶解性能之间的关系进行了研究，创制出了对PHA材料有较强溶解能力和较高稳定性的溶剂型离子液体。在此基础上，合成出了酸或碱功能化的离子液体，将上述离子液体用于催化PLA和PHB的醇解和水解反应中，回收制备相应的单体或化学品。研究了离子液体种类和反应条件对上述反应结果的影响，并对离子液体的循环使用性能进行了考察。另外，对上述反应在新催化体系下的动力学和反应机理进行了研究。得到以下主要结果：.（1）对PLA醇解研究表明，离子液体[Bmim][Ac]、[HSO3-pmim][HSO4]和[Bmim]FeCl4）催化效果显著，在较佳反应条件下，PLA醇解率达97%以上，乳酸甲酯的收率达90%以上。.（2）对PLA水解研究表明，离子液体[Bmim][Ac]和[HSO3-pmim][HSO4]具有较好的催化效果。在较佳反应条件下，PLA水解率和产品收率分别达93%和76%以上。.（3）对PHB的醇解研究表明，离子液体[HSO3-pmim][HSO4]具有显著的催化效果。在较佳反应条件下，PHB醇解率达91%以上，羟基丁酸甲酯收率和纯度分别可达84%和99%以上。.(4)上述离子液体循环回用6次后，上述指标没有明显降低。克服了现有方法中存在的催化剂不能循环回用、设备腐蚀、三废排放多和反应条件苛刻等缺点。提出了上述反应的反应机理，获得了动力学参数。.上述研究目前未见文献报道。研究结果已申请技术发明专利6项（其中授权4项），并发表在《Polymer Degradation and Stability》等学术期刊上。更重要的是，由于所选用的离子液体具有制备成本低、稳定性好、反应条件温和、回用性能好等优点，上述研究结果具有良好的实用前景，可以为离子液体在废PHA材料化学回收循环利用中的应用提供理论支持。