碳酸二甲酯与1,4:3,6-二缩水己六醇制备高耐热、可生物降解的生物基聚碳酸酯及其结构和性能研究

Bisphenol-A polycarbonate has excellent mechanical properties, thermal properties and transparency. But, the toxicity of bisphenol-A limits the application of bisphenol-A polycarbonate in the areas of food packing and biomedicine. The biobased 1,4:3,6-dianhydrohexitols (isosorbide, isomannide and isoidide) made from the starch contain huge and rigid rings, they could replace the toxic bisphenol-A to prepare nontoxic biobased polycarbonates with better thermal properties. The activity of 1,4:3,6-dianhydrohexitols(DAH) is lower than that of bisphenol-A, thus, the present synthesizing methods of DAH polycarbonate, such as reaction of DAH with extremely poisonous phosgene, limit the application of DAH polycarbonate. We plan to prepare new catalysts with high catalytic activity and synthesize biodegradable biobased polycarbonate with high molecular weight and thermal properties by melt polycondensation of dimethyl carbonate(DMC) and DAH, then to study the relationship between the structure and properties of polycarbonates. This study will develop a new preparing method of DAH polycarbonate, and establish the theoretical foundation for the application of biobased polycarbonates in the areas of food packing and biomedicine.

双酚A型聚碳酸酯具有优异的力学性能、耐热性能和透明性，但是双酚A的毒性限制了双酚A型聚碳酸酯在食品包装、生物医用等领域的应用。由淀粉经酶催化分解等方法制备的生物基原材料1,4:3,6-二缩水己六醇（异山梨醇、异甘露醇和异艾杜醇）为环状刚性分子，有望替代双酚A合成无毒、高耐热的可生物降解聚碳酸酯。1,4:3,6-二缩水己六醇（DAH）的活性比双酚A低，以往制备DAH型（共）聚碳酸酯的合成方法，如光气法等毒性大，反应困难，限制了其发展及应用。本课题拟通过研制高效缩聚催化剂，以绿色化学原料碳酸二甲酯（DMC）与DAH通过环保的酯交换法制备高分子量、高耐热、可生物降解的新型生物基聚碳酸酯材料，阐明其结构与性能关系。通过本课题的研究，将发展一种制备高分子量的DAH型聚碳酸酯的新方法，为生物基聚碳酸酯替代双酚A型聚碳酸酯在食品包装、医疗器械等领域的应用奠定理论基础。

双酚A型聚碳酸酯具有优异的力学性能、耐热性能和透明性，但是双酚A的毒性限制了双酚A型聚碳酸酯在食品包装、生物医用等领域的应用。由淀粉经酶催化分解等方法制备的生物基原材料1,4:3,6-二缩水己六醇（异山梨醇、异甘露醇和异艾杜醇）为环状刚性分子，有望替代双酚A合成无毒、高耐热的可生物降解聚碳酸酯。1,4:3,6-二缩水己六醇（DAH）的活性比双酚A低，以往制备DAH型（共）聚碳酸酯的合成方法，如光气法等毒性大，反应困难，限制了其发展及应用。本项目通过研制、选择高效酯交换和缩聚催化剂，控制聚合副反应的发生，以绿色化学原料碳酸二甲酯与异山梨醇为原料，通过绿色环保的酯交换法成功地制备出高分子量、高玻璃化转变温度（高耐热）的异山梨醇聚碳酸酯（PIC）。进一步合成了系列新型异山梨醇型聚碳酸酯共聚物及聚碳酸酯/聚酯共聚物，并对其结构和性能进行了系统研究，通过调控异山梨醇共聚物的结构，可以调控其力学性能和耐热性能，满足不同使用要求。通过本项目的研究，发展了一种制备高分子量的DAH型聚碳酸酯的新方法，为生物基聚碳酸酯替代双酚A型聚碳酸酯在食品包装、医疗器械等领域的应用奠定了理论基础。另外，将这类来源于玉米淀粉的生物基原料用于合成树脂和塑料产品，发展非石油基聚合物可以缓解能源危机，在降低石油在化学工业中的消耗的同时也可以为农业的发展开拓新的高附加值市场。