PPC的合成工艺，国内哪些公司在生产？谁是PPC领军人物？
生物降解材料研究院原创报道，PPC是完全生物降解的环保型塑料，是以环氧丙烷和CO2为单体催化聚合生成的完全生物降解树脂。PPC来自自然，使用后又回归自然的特性，使其逐渐成为国内外生物降解材料中的关注重点。
01
结构与性质
1）简介
PPC英文名为：Polypropylene carbonate ，中文名称为：聚碳酸亚丙酯。PPC材料是采用CO2和环氧丙烷合成的完全可生物降解材料，它开辟了将CO2合成可生物降解聚合物的新领域。
2）结构
物质的性能由其化学结构决定。PPC的结构赋予了其材料性能的多样性，其化学结构见下图。
PPC的结构
由分子式可知：分子结构中富含碳酸酯键和醚键提供聚合物较高的粘结性能、耐水解性能。
3）性质
从下表中可以看出，PPC具有很好的阻隔性和较高的拉伸强度，但是PPC的热分解温度较低。另外，由于PPC是非晶态聚合物，它的玻璃化转变温度较低。
PPC的物理性质
性能优点
1）PPC具有良好的生物相容性，以及对O2和H2O等具有阻隔作用，还具有良好的可生物降解性能。在温度为37 ℃、PH 为5.6~7.2的复肥中，厚度为10~20μm的PPC薄膜经过0、16、30、69d的降解。实验表明，PPC具有良好的生物降解性能。
2）检测PPC降解性能的方法还有受控堆肥实验。以纤维素为参考物，在堆积腐肥为实验土质和一定的实验温度下，测量生物降解反应所释放出来的CO2的量来判定生物降解级别。该实验结果也表明，PPC具有良好的生物降解性能。
3）PPC的生物降解速度除了受到外界如水、肥、土、氧的影响外，还受PPC自身分子量的作用，分子量越大，分子间缠结度和作用力越大，降解速度越慢。
性能缺点
1）PPC的耐水性能
PPC主链上因有酯基的存在，它在有机溶剂中的溶解度较大，较易水解而断裂，所以其耐水性较差。
2）PPC的力学性能
力学性能包括很多方面，其中最重要的是弯曲性能和拉伸性能。弯曲性能表示垂直于材料方向上的抗变能力，拉伸性能表示平行于材料方向上的抗变能力。
因为PPC在常态环境下为无定形聚合物，所以其分子间作用力很小，力学性能较差。PPC的拉伸性能较差，拉伸强度只有约20MPa。
3）PPC的热学性能
如果PPC分子链缠结在一起，其分子链能够绕醚键内旋转和振动，有很好的柔顺性，使得分子链更容易解开缠结，因此，PPC材料的玻璃化温度很低（约为30~40 ℃），热分解温度也低。
PPC为无定形聚合物，使得其制品的高温性质不稳定，极大地限制了PPC的使用温度和应用范围。
PPC分子链上的酯基易热解断链，使其在180 ℃就开始热分解，分解温度低极大地影响了PPC的热稳定性，导致其加工性能差，加工温度需要精确控制，一般在140~160 ℃之间。
PPC改性研究的热点之一，是提高其热分解温度，拓宽应用范围。在大量研究工作中改善PPC材料的热稳定性方法有共混、可控交联等。
02
合成工艺及纯化
1）PPC的合成反应
PPC的合成反应式见下图。
PPC的合成反应
其中，CO2来源广泛且廉价环保，但是CO2的化学性质不活泼，即使在高温下也很稳定。
从20世纪70年代开始，国内外学者将此作为难点进行攻克，关键是需要开发出高效的催化剂，使得CO2和环氧丙烷在常态下就能发生高聚合活性的合成反应。
2）PPC的工艺步骤
在高压反应装置中，CO2和环氧丙烷直接合成PPC的实验反应步骤如下：
1）把高压反应釜清洗干净后，对高压反应釜体进行真空加热干燥；
2）将所有的催化剂在使用前，需要在100℃的条件下真空干燥24小时，进行活化后再称取一定量的催化剂加入高压反应釜中；
3）将反应釜用密封装置密封，并把设备按要求进行安装，安装完毕后关闭所有的阀门，然后接通真空泵，打开真空阀同时启动真空泵，对反应装置抽真空；
4）关闭真空系统后，充入一定量的高纯氮气，进行检漏；确信装置密闭性良好后，再对其进行抽真空；并用橡皮管将酸式滴定管与进料口连接起来，并把已经纯化的环氧丙烷放入酸式滴定管中，排净与反应釜连接处的空气；
5）关闭反应釜与真空泵之间的真空阀，关闭真空系统；然后打开酸式滴定管的阀门同时打开进料口处的进料阀，将环氧丙烷利用压差吸入高压反应釜中；通过移液管读取进入高压反应釜中的环氧丙烷的体积，实验中进入高压反应釜中的环氧丙烷的量为40ml；
6）关闭进料阀，并移走酸式滴定管；然后用小钢瓶从CO2钢瓶中取适量CO2，小钢瓶使用前要进行抽真空；将充有CO2的小钢瓶连接到进料阀上；打开进料口的进料阀同时打开小钢瓶的阀门，向高压反应釜中冲入一定量CO2；
7）达到需要压力后，关闭小钢瓶的阀门，并关闭进料阀；接通电源，启动搅拌、加热装置以及所有检测装置和控温仪，通过高压反应釜控制器使高压反应釜以一定的升温速率对反应釜加热，达到设定温度后，在恒温恒压下反应一定时间，记录反应的时间、温度和压力；
8）反应过程中会由于反应物的消耗，使反应压力不断下降，需要在压力和温度基本稳定后，打开小钢瓶的阀门使其不断的向反应釜内充CO2气体，维持反应压力不变。
9）待反应结束后，停止所有反应装置，并关闭电源；然后移走小钢瓶，冷却降至室温，打开进料阀，释放残留的二氧化碳；
10）将高压反应釜的密封装置打开，加入2～3滴的5%稀盐酸，终止反应；将反应产物从反应釜的密封口处倒出，然后用二氯甲烷冲洗釜体，并收集洗液；
11）将高压反应釜清洗干净，并用蒸馏水洗涤数次，放置，以备继续使用。
3）PPC的纯化
将釜内沉淀出来的CO2共聚产物溶解在二氯甲烷中，于5%稀盐酸水溶液中过滤可粗略的除去体系中的催化剂残留物，用G4的玻璃砂漏斗过滤，并用二氯甲烷洗三次；
将所得的共聚合物的二氯甲烷溶液调节至一定浓度后，用无水乙醇来沉淀，过滤后，所得的白色产物为聚碳酸亚丙酯（PPC），然后进行干燥；
将所得到的PPC还要进一步的进行纯化，将干燥后的二氧化碳共聚物树脂配置成5%的二氯甲烷溶液，用无水甲醇将二氧化碳共聚物树脂从滤液中重新沉淀出来，过滤即可得到较纯的PPC，并在50℃下真空干燥48小时后，放置在真空干燥器内。
03
PPC的生产与应用
1）生产
国内主要生产单位有：江苏中科金龙化工股份有限公司、内蒙古自治区蒙西集团公司、河南天冠集团有限公司、海南东方中海石化公司、浙江台州邦丰塑料有限公司、吉林博大东方新材料有限公司等。
此外，山东联创产业发展集团股份有限公司、吉林金源北方科技发展有限公司、苏州中达航材料科技有限公司、南通华盛高聚物科技发展有限公司也有涉及。
浙江台州邦丰塑料有限公司从2010年6月开始利用长春应化所的专利技术，在浙江温岭市上马工业区建设3万吨/年二氧化碳基塑料生产线，2012年一期1万吨/年生产线目建成。
河南天冠集团有限公司采用中山大学孟跃中教授的技术，建成了千吨级PPC工业化生产线。
江苏中科金龙化工股份有限公司已建成年产2.2万吨二氧化碳基聚碳酸亚丙酯多元醇生产线和年产160万平方米高阻燃保温材料生产线。
内蒙古蒙西集团公司采用长春应用化学研究所的技术，利用水泥生产过程中产生的二氧化碳，已建成年产3000吨二氧化碳/环氧化合物共聚物的装置，产品主要应用在包装和医用材料上。
中国海洋石油总公司和中科院应化所合作，在海南东方化工城兴建0.3万吨/年二氧化碳共聚物可降解塑料项目。
2）应用
国外最早研究PPC的是日本和美国，我国于1985年由国家自然科学基金开始立项研究，主要研究单位有中山大学、中科院应化所、广化所、兰化所、浙江大学和等。
其中，中山大学孟跃中教授PPC聚合行业的领军人物。
目前，PPC的合成方法成熟，已进入规模生产阶段，可广泛应用于发泡材料、薄膜包装、吸塑等产品。
在医疗上，PPC被用于制作一次性医疗用品，如药物缓释剂、可吸收缝合线、输液器材、注射器和医用输液袋等制品；
在食品业上，PPC被用于制作一次性餐具、包装材料、薄膜制品甚至零下80 ℃的肉制品保鲜膜和口香糖基料等；
在工业上，PPC可用于制作发泡包装材料和材料填充剂等。