大家都知道二氧化碳那是温室气体，但是大家知道二氧化碳还能和环氧化物反应产生聚碳酸酯么？今天纽瑞德特气小编就为大家介绍二氧化碳气体(co2)与环氧化物在不同配位触媒存在下共聚反应生成聚碳酸酯的实验。
科学家为探讨二氧化碳气体(co2)与环氧化物在不同配位触媒存在下共聚反应生成聚碳酸酯，希望借此研究开发一新生产制程技术。研究内容包括五部份：第一部份探讨co2与propylene oxide(po)之交替共聚反应，第二部份探讨co2与cyclohexene oxide(cho)之共聚反应，第三部份探讨以poly(cyclohexene carbonate)(pchc)为基材进行co2与环氧化物团联共聚反应，第四部份找寻一有效触媒合成poly(propylene carbonate)(ppc)，并利用ppc为基材进行co2与环氧化物团联共聚反应，第五部份利用配位触媒探讨co2、po与4-vinyl-1-cyclohexene-1,2-epoxide(vcho)之三共聚反应。
在第一部份中，共聚反应採用批次操作方式，于一300ml配备磁搅拌之高压搅拌式反应槽中进行反应。反应单体po与触媒置入反应器中，再通入co2，在设定之温度及压力下进行反应。由于不同触媒对共聚反应及生成物聚碳酸酯性质有相当之影响，因此先筛选适当之触媒。由实验结果得知，y(cf3co2)3-zn(et)2-glycerine为最佳触媒系统，其成份比为[zn(et)2]/[y(cf3co2)3]=20及[glycerine]/[zn(et)2]=0.5。当共聚反应之温度为60℃、压力为400psi，溶剂为1,3-dioxolane，产率可高达4200g/(mol of y)/h。经此稀土族配位触媒所合成之聚碳酸酯属交替型之ppc，其二氧化碳含量(fco2)高达96﹪，玻璃转移温度为38℃，10%重量损失温度为195℃。
在第二部份中，共聚反应同样于一300ml配备磁搅拌之高压搅拌式反应槽中进行批次操作，但反应单体改为cho与co2。经过筛选不同之钇化合物后，实验结果显示以y(cf3co2)3与zn(et)2及glycerine搭配为最佳触媒系统。此共聚反应之最佳条件为[zn(et)2]/[y(cf3co2)3]=20、 [glycerine]/[zn(et)2]=0.5、温度为80℃、压力为400psi，溶剂为1,3-dioxolane。所获得之聚合体，由凝胶渗透层析仪测量之数目平均分子量介于4,400~42,400之间，重量平均分子量介于19,000~312,000之间，分子量分佈则介于3.5~12.5之间。至于热性质方面，玻璃转移温度介于113~129℃之间，而10%重量损失 温度介于258~331℃之间。
在第三部份中，团联共聚反应于一300ml配备磁搅拌之高压搅拌式反应槽中进行。利用y(cf3co2)3-zn(et)2-glycerine为触媒合成pchc，经过一段时间后再利用高压进料阀于高压co2状态下进料另一单体进行团联共聚反应。由不同单体进行团联共聚反应之结果得知，allyl glycidyl ether(age)、butylene oxide(bo)、caprolactone(cl)、glycidyl methacrylate(gma)、po与vcho等均可进行团联共聚反应。虽然co2与po共聚反应之最佳温度为60℃，但以co2与cho共聚物pchc为基材时，观察到co2与po共聚反应之最佳温度可提昇至80℃，而co2与bo及co2与vcho共聚反应之最佳温度分别为70与80℃。由所获得之结果可知，以co2与cho共聚物为基材时，有助于高温下进行co2与bo、po或vcho共聚反应。经由gpc分析，所得团聚物分子量可超过 200,000，分子量分佈介于4.0与9.9之间，而fco2介于86与100%之间。另由tga分析，可知团联共聚物之热性质介于pchc与poly(butylene carbonate)(pbc)、ppc或poly(4-vinyl-1-cyclohexene carbonate)(pvchc)之间。利用团联聚合法将ppc、pbc与pvchc导入pchc主链中可增加pchc耐衝击强度但降低强度。
在第四部份中，反应方法与第三部份相同，不同的是基材为ppc。实验结果得知，y(cf3co2)3-zn(et)2-m-hydroxybenzoic acid为co2与po共聚反应最佳触媒系统，其触媒成份比为[zn(et)2]/[y(cf3co2)3]=20及[m-hydroxybenzoic acid]/[zn(et)2]=1。当共聚反应之[po]/[zn(et)2]=54、温度为60℃、压力为400psi、溶剂为1,3-dioxolane，时间为12 h时，产率可高达50g/(gof zn)，所获得ppc之fco2亦高达100%。利用y(cf3co2)3-zn(et)2- m-hydroxybenzoic acid为触媒合成ppc，经过一段时间后再利用高压进料阀于高压co2状态下进料另一单体进行团联共聚反应。由实验结果得知，co2与cho或vcho 团联共聚反应之产率、cyclohexene carbonate与4-vinyl-1-cyclohexene carbonate content均随温度增加而增加且最佳反应温度皆为80℃，但cl团联共聚反应之产率随温度增加而降低且最佳反应温度为60℃。经由gpc分析，所得团 联共聚物之重量平均分子量介于121,000~316,000之间，分子量分佈介于5.0~7.5之间。由tga分析，所得团联共聚物之t10介于 226~253℃之间。另由dsc分析，团联共聚物具有两个tg点且此二tg点介于ppc与pchc或pvchc之间。利用团联聚合法将pchc与 pvchc导入ppc主链中可增加ppc之强度但降低耐衝击强度。
在第五部份中，共聚反应採用批次操作方式。反应单体po、vcho与触媒置入反应器中，再通入co2，在设定之温度及压力下进行反应。由实验结果得知，y(cf3co2)3-zn(et)2-pyrogallol为最佳触媒系统，其成份比为[zn(et)2]/[y(cf3co2)3]=20及[pyrogallol]/[zn(et)2]=0.5。当共聚反应之温度为 70℃、压力为400 psi，溶剂为1,3-dioxolane，产率可高达45.8 g/(g of zn)。经此稀土族配位触媒所合成聚碳酸酯之fco2达91﹪且10%重量损失温度随著fvchc增加而增加并介于227~266℃之间。此外，经由共聚反应方程式得r1=0.544及r2=0.206。
小常识：
聚碳酸酯(简称pc)是分子链中含有碳酸酯基的高分子聚合物，聚碳酸酯无色透明，耐热，抗冲击，阻燃，在普通使用温度内都有良好的机械性能。pc工程塑料的三大应用领域是玻璃装配业、汽车工业和电子、电器工业，其次还有工业机械零件、光盘、包装、计算机等办公室设备、医疗及保健、薄膜、休闲和防护器材等。
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