基于高分子材料合成与应用的绿色化工发展研究

基于高分子材料合成与应用的绿色化工发展研究

董字阳

金能化学（青岛）有限公司

摘要:高分子材料具有高强度、耐腐蚀、质量轻等优异性能，被广泛应用于航空航天、交通运输、高端制造等领域，是高新技术和先进制造业发展的重要基础与保障，对推动技术创新、保障国家安全具有重要作用。随着国民经济水平不断提高，高分子材料产业保持高速发展，为我国经济建设作出重要贡献。

关键词：高分子材料；合成与应用；绿色化工

引言

在高分子材料合成过程中，需用到大量原材料（如有机溶剂、催化剂等），在反应过程中会消耗大量能源，因此，合理选择原材料、减小环境污染、降低反应过程能源消耗是关键。传统的高分子材料合成过程中，会产生一定量的毒副产物，扩散到大气环境中或排放到河流中，对自然环境及人类健康构成严重威胁。随着近年高分子材料使用量的持续加大，应用领域日益拓宽，在应用中逐步暴露出一些问题，如“氟利昂对地球臭氧层的破坏”“白色污染”等问题。因此，开发高分子材料绿色合成技术并进行可循环利用是绿色化工发展的重要方向。

1.酶促缩聚反应

缩聚反应是最常见的一种合成聚合物的方法，它可以方便地控制聚合物主链的结构，达到对聚合物进行改性的目的。与开环聚合相比，缩聚反应在单体的合成及选择范围上具有明显的优势。酶促缩聚反应依据单体类型可以分为羟基酸/酯型（A-B型单体）的缩聚及二元酸/酯和二元醇（AA-BB型单体）的缩聚。A-B型单体是指末尾两端的基团互不相同且可以互相反应的单体。这类反应的优势在于，无需像AA-BB型缩聚反应中控制单体比例为严格的1∶1否则难以获得高分子质量聚合产物。脂肪酶能够有效催化多种不同链长羟基酸/酯底物的缩聚反应，如6-羟基己酸、10-羟基癸酸、16-羟基十六烷酸、18-羟基十八烷酸、3-羟基丙酸甲酯和环氧蓖麻油酸甲酯等。AA-BB型缩聚反应根据单体及反应类型的差异，可以分为酯化和转酯缩聚两类，前者反应过程中有水分子的生成，必须采用减压或者添加分子筛的策略才能获得高的反应转化率和产物分子质量。

2.绿色加工技术

1）流体辅助加工技术。通过将流体引入到高分子材料的加工环节中，在流体压力流动和冷却作用下加工高分子材料产品。该技术具有装置简单、对设备损耗小、能耗低、制备工艺可控性强等优势，是现代高分子材料绿色加工技术的重要代表。2）辐射加工技术。高分子材料在电离辐射下可形成性质活泼的中间体和自由基，该反应过程在室温常压环境下进行，具有清洁、高效、污染低的特点。目前，辐射技术在化工领域的应用主要包括通过辐射技术诱导发生交联、降解反应等，在高分子改性领域发展前景广阔。3）动态反应加工一体化技术。传统的高分子材料制备过程主要有两步，反应过程复杂、耗时长、能耗高、效率低，造成严重的资源和能源浪费。动态反应成型一体化技术是将材料的合成与加工过程合并，实现整个过程一体化的动态控制，不仅节约时间，还降低能耗，提升产品品质。目前，该工艺在制备聚氨酯泡沫材料等领域应用较多。4）基于拉伸流变的绿色加工成型技术。该工艺是利用塑化混炼原理及非螺杆挤压系统结构的几何拓扑技术，加工制备过程能耗低且简单，可实现废弃塑料合金化加工和循环利用。该项技术已进入市场化应用推广阶段，有助于高分子材料加工制备技术的转型升级。

3.防水建筑材料的使用

现如今，山焦油聚氨酯和纯聚氨酯作为防水涂料在我国建筑工程当中得到极其广泛的运用，该种材料的防水性能比较好，能够减少水分子对于建筑物的影响。尽管涂料的防水性能比较好，能够提高建筑工程的安全性，但是会对生态环境带来其他的破坏，不利于国家的可持续发展。为了能够更好地引导建筑行业向着可持续发展的方向发展，更好地满足可持续发展观念要求，必须要针对实际情况，研究环境友好型材料，以此能够在满足工程防水需求的基础上，保证安全管理理念的贯彻落实。为了能更好地满足人们对现代安全环保的要求，便产生了节能型高分子材料，高分子材料的防渗性功能比较强，同时也能够有效地满足建筑工程的防水需求。将节能型高分子材料作为防水材料应用到建筑工程当中，能够有效地提升安全系数。同时由于节能型高分子材料的防水效果比较好，能够保证建筑工程的质量，让建筑寿命得到延长，并且在建筑施工当中也能够减少一定的成本花费，为建筑公司创造更多的经济收益。

4.酶促合成产物的生物医学应用研究

由于酶促聚合反应制备的生物医用高分子材料不存在金属催化剂的痕量残留，细胞及动物水平研究均表明，酶促聚合所制备的聚合物材料具有良好的相容性，体内应用时能够避免引起炎症反应，同时材料的疏水特性又能够显著增强药物及基因的递送能力。因此，酶促合成高分子材料的生物医学应用，是提高合成产物附加值、推动产物合成产业化与临床医用的关键。

5.建筑塑料的使用

建筑塑料一般用于建筑结构连接、构件、墙体和屋顶连接及结构内构件等。节能型高分子建筑塑料主要包括：聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯硫醚(PBT)、聚氨酯(PU)、聚苯胺(PS)、聚碳酸酯(PC)等材料。根据其化学成分及应用场合，建筑塑料可分为如下几类:1.用有机高分子材料为原料制成，具有无毒、无味等特点的透明塑料;2.由无机非金属和有机非金属材料合成而成的塑料具有耐老化、耐酸碱等特点的建筑材料;3.由无机非金属和有机非金属或有机生物合成而成的塑料具有极好性能的建筑材料;4.由无机非金属和有机生物合成而成以及可与建筑材料相媲美并具有高强度和使用寿命的建筑材料。

6.坚持数字赋能，推动高分子材料产业智能化转型

伴随数字化时代到来与中国式现代化建设进程推进，以数字赋能高质量发展已经成为各国竞争的主战场。面向中国式现代化，我国应强化数字赋能，以智能化转型驱动高分子材料产业高质量发展。各地区可搭建融通高分子材料产业链的数字化平台，打造高分子材料产业“数字化大脑”。地方政府可依托域内高分子材料产业集群优势，构建工业互联网、数字化车间、“未来工厂”等产业链数字化平台，强化高分子材料产业链协同、供应链管理、产能共享等产业生态应用，推动高分子材料产业链高质量运行。同时，高分子材料企业可成立数字引擎联盟，深度挖掘高分子材料产业数字化应用场景与转型需求。联盟成员可梳理高分子材料产业数字化解决方案与成功案例，积极培育高分子材料产业数字化服务新业态，以数字技术赋能高分子材料产业高质量发展。

结束语

酶促聚合是一个多学科交叉研究领域，为高分子化学与物理、生物化学与分子生物学、细胞生物学、药剂学等学科间的沟通架起了桥梁。作为一种新兴的聚合方法，酶促聚合为高分子材料的合成开辟了一条全新的、环境友好的途径，是高效合成功能高分子材料的有效方法，在医药、环保乃至国防等方面都有着广阔的应用前景。相信随着研究的深入，酶促聚合必将实现关键技术上的突破，成为未来高分子材料制备的重要策略。

参考文献

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