Получение лактида методом каталитической деполимеризации отходов полимеров на основе полилактида

Abstract

В работе представлена сравнительная оценка результатов термокаталитической деструктивной переработки различных полимерных отходов на основе биоразлагаемого полимера полилактида до мономера - лактида, который может быть использован в качестве вторичного сырья для производства полимера, наряду с первичным сырьем растительного происхождения. В качестве полимерных отходов были использованы: некондиционный полилактид, пластины из полилактида, полученные методом горячего прессования, филамент для 3D-печати и изделия из полилактида, изготовленные методом 3D-печати. В результате деструкции полимерных отходов различного типа при температуре 180-250 ℃ в присутствии оксида цинка в качестве катализатора получен лактид-сырец с выходом 72-83%. Выход чистого лактида, после проведения перекристаллизации лактида-сырца из этанола и этилацетата, превысил 40% масс. Методом газовой хроматографии установлено, что получаемый продукт содержит остаточные количества примесей мезо-лактида, молочной кислоты и ее линейных олигомеров. Проанализирован характер влияния типа исходного полимерного сырья на выход и качество мономера. При деструкции полилактида, подвергавшегося предварительной переработке в условиях высоких температур и механических воздействий (методом экструзии при 3D-печати и методом горячего прессования), выход лактида-сырца оказался ниже, мономер характеризовался более высоким содержанием примесей, способных привести к нарушению стереорегулярности и снижению молекулярной массы синтезируемого из него полимера. С целью оценки возможности использования полученного из полимерных отходов мономера для синтеза полилактида, лактид подвергнут полимеризации в присутствии октоата олова в качестве катализатора. Удалось получить продукт со среднечисловой и среднемассовой молекулярными массами порядка 9,7 кДа и 16,3 кДа соответственно.

This paper presents a comparative assessment of the results of thermocatalytic recycling of polymer wastes based on polylactide, a biodegradable polymer, to a monomer (lactide), which can be used as a secondary raw material, along with primary plant resources, to produce polylactide. Off-grade polylactide, polylactide sheets obtained by hot pressing, a filament for 3D printing and polylactide items made by 3D printing were used as polymer wastes. Crude lactide was obtained with a yield of 72-83% by the destruction of polymer wastes at a temperature of 180-250 ? in the presence of zinc oxide as a catalyst. The yield of purified lactide after crude lactide recrystallization from ethanol and ethyl acetate exceeded 40%. By gas chromatography, the product was found to contain residual amounts of meso-lactide, lactic acid and lactic acid linear oligomers impurities. The influence of the type of the raw polymer on the yield and quality of the monomer was analyzed. The destruction of polylactide previously treated at a high temperature and under mechanical force (by the methods of extrusion during 3D printing and hot pressing) was characterized by a lower yield of crude lactide and obtaining of the monomer with a higher content of impurities capable of violating the stereoregularity and reducing the molecular weight of the polymer synthesized from lactide. In order to assess the possibility of using the monomer obtained from polymer waste for the synthesis of polylactide, lactide was subjected to polymerization in the presence of stannous octoate as a catalyst. A product with a number average and weight average molecular weight of about 9.7 kDa and 16.3 kDa, respectively, was obtained.