当前位置： 5种聚碳酸酯PC化学解聚技术现在 ChinaRePC202312月14日广州
聚碳酸酯（PC）是一种综合性能优良的热塑性工程塑料。如今，全球PC总消耗量超过460万吨，我国亦是PC的生产和需求大国，目前年产量已超过113万吨，预计到2025年我国PC需求量将达337万吨／年。PC生产和需求量虽不及聚烯烃等通用塑料，产生的废弃物亦是冰山一角，但其应用领域广泛，因此废弃的PC材料仍是百亿吨塑料废弃物的重要组成部分。
目前采用双酚Ａ（BPA）为原料生产的PC作为主流生产的基本工艺，其废弃物在自然界中缓慢降解，释放出的雌性激素BPA会对生物体造成了严重的伤害。将PC废弃物回收利用能避免BPA生物体造成不好影响，传统回收方法有机械回收方法和能量回收法：前者是指将PC废料回收再加工，尽管没改变PC化学结构但没办法保证加工制品性能；能量回收法是指通过焚烧PC废料利用高热量。
鉴于PC机械回收法利用率低，能量回收法环境污染严重，人们关注于化学回收方法研究，该方法可将PC废弃物转化为小分子物质，用于PC合成，具有传统回收方法不能够比拟的温和高效、节能环保、产物可持续利用等优点。
对废旧PC的有效处理是发展绿色低碳经济的核心，在此背景下，各国纷纷出台塑料回收和再生政策，构建全球塑料循环体系、实现塑料发展的闭路循环。
本文收集和总结了目前国内外PC化学回收的研究发展状况，以期对PC化学回收技术发展和工业化落地提供借鉴与帮助。
与机械回收方法不同，化学回收避免了废旧塑料再利用所带来的产品质量下降等问题。长期以来，对ＰＣ化学回收研究一直较为活跃，从高能量的热裂解法到具有选择性产物的解聚方式，目前均有较多报道。
稳健的化学分解工艺能回收聚碳酸酯含量超过50%的废塑料，并将其转换回单体，从而形成闭环。经回收的单体可直接用来生产即使纯度要求很高的聚碳酸酯。图源：科思创
Antonakou等将PC化学回收方式来进行了归类。主要方式包括热解法、水解法、醇解法、氨解法、氢解法。化学回收原理是通过裂解或解聚PC中的化学基团，将分子量高的PC大分子转化为低聚物或者小分子物质。
其中热解法可根据PC分子基团在不一样的温度、压力下的稳定性不同，解聚得到种类丰富的产物；
醇解法、氨解法可作用于酯键和芳环－亚异丙基键，除BPA以外，前者会产生附加值较高的碳酸二甲酯（DMC），后者还会产生用于合成聚氨酯（PU）的低聚物。
塑料的热解法包括无规降解和链式降解，由于PC在不同的热降解反应条件下的反应机理不完全一样，解聚产物有所差异。
热解法存在很明显缺点：一方面，热解法反应时所需温度高，热量消耗大；另一方面，解聚产物的成分较为复杂、回收工序繁琐，PC热解法会产生大量气体并且解聚产物的附加值低，不满足PC解聚的绿色循环发展要求。
鉴于此，科研人员近几年的研究热情不高，而更多关注于对解聚条件温和、产物可控的绿色解聚方法的研究，如水解法、醇解法等。
PC的结构与性能相对来说比较稳定，然而在特定条件下（如高温、超临界、亚临界、催化剂、微波辐照等）破坏其分子中的羰基结构，可将其水解为小分子产物。
相较于热解法，水解法的解聚温度明显降低，该方法能够减少解聚所需的热量和气体小分子物质的产生。但水解法对解聚反应设备的要求高，需辅以较为严苛的反应条件进行解聚，PC解聚转化率高低不一，产物的组成较为复杂。
因此，如何在保证解聚条件易于操作和PC解聚效果的基础上，兼具转化率稳定性以及产物可选择性的研究是科研人员努力的方向。
PC醇解法主要发生在其碳酸酯键和芳环－亚异丙基键接处，反应得到解聚产物的附加值高，因此该方法得到了广泛的研究。醇解法所用的醇解剂包括：甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇等。
与热解法、水解法相比，醇解法能确保PC解聚产物高效回收利用；此外该方法的解聚条件易于控制、反应过程稳定，符合实际PC化学解聚工业化生产的要求。但采用醇解法进行PC解聚时，催化剂的存在会影响后续分离所得产品的品质，因此就需要增加解聚产物催化剂的脱除操作。
近年来，研究人员采用胺类为代表的氮基亲核试剂，在常压温和条件下对PC进行解聚从而获得解聚产物。
近年来，科研人员采用乙醇胺对PC进行氨解，解聚效果明显。周先悦以乙酸乙酯为溶剂，采用乙醇胺对PC在８０℃下解聚９ｈ，得到BPA产率为９６％。乙醇胺具有较强的亲核性，可在温和条件下对PC进行高效解聚，为PC的氨解研究提供了新的方向。
根据选用的亲核试剂不同，采用氨解法最终生成的解聚产物种类不用，用途各异：与前三种解聚方法相似，该方法可将PC解聚为BPA等小分子物质，可用于PC合成；长链胺的低聚PC，可用来生产不同分子量的PU，这为将PC氨解中间产物用于其他聚合物的合成提供了可能。但该技术尚不成熟，研究较少。
PC分子中具有羰基官能团结构，易发生还原反应，因此科研人员考虑采用氢解技术对PC解聚，这为PC解聚提供新的方法。研究人员开发了多种催化体系用于酯和碳酸酯官能团的还原裂解。
氢解法的反应时间与实验条件（温度、压力、催化剂等）有关，但一样能实现PC较高的解聚转化率；由于进行反应需要通入H2，因此采用氢解法进行PC解聚，反应设备应具备一定的承压能力。但该方法仍为PC化学解聚回收提供了更多选择。
上述５种方法的研究，PC的化学解聚提供了多种选择。比较了近年来，不同PC化学解聚方法在反应温度、时间、催化剂加入量和BPA产率等方面的差异，如表１所示。
从表１能够准确的看出５种PC解聚方法中，热解法、水解法无需加入催化剂便可进行化学解聚，但是二者反应温度比较高，反应时间比较短，解聚产物选择性低BPA产率不佳，故未受到研究者广泛关注；加入催化剂进行解聚反应的３种方法中，尽管氨解法、氢解法催化剂加入量相同，但后者反应耗时长、反应条件较为苛刻，因此氢解法不利PC化学解聚的实际工业化应用；与氢解法、氨解法相比，醇解法兼具解聚条件温和与技术成熟的优点，因此该方法最具发展前景。
PC醇解法解聚所得的BPA产率高，可以有很大成效避免BPA对生物体造成了严重的伤害；BPA可作为原料用于合成PC，提高原子利用率，实现PC循环再生，符合当前“双碳”发展理念。
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