绿色高分子材料的研制与应用分析

王 全

（内蒙古自治区包头市青山区包头市检验检测中心，内蒙古 包头 014030）

引言

高分子材料种类具有多样性，并且具有加工方便、质量轻且产品美观度较高等特征，备受人们的关注，并且在各行业中得到广泛地运用，除了在生活中运用率较高，在高精尖技术专业领域中也需要高分子材料作为支撑。高分子材料加工期间与其产生的废弃物均会加速环境恶化进程，所以使用绿色化高分子材料是必然趋势。高分子绿色化主要可包括绿色高分子材料合成与应用，象征可降解高分子材料的合成与使用及其环境稳定高分子材料的回收、循环使用；而高分子绿色合成则象征高分子合成无害化与对环境的友好性。基于此，本文就绿色高分子材料研制、应用方面进行分析，内容如下。

1 绿色高分子材料的研制

1.1 “原子经济”反应开发

理想型“原子经济”反应是原料分子中的原子能够完全转化为产物，并且不会生成废弃物，达到原料百分百利用率与废物“零排放”的效果。例如聚氨酯泡沫塑料重要的生产原料包含环氧丙烷，两步反应氯醇法是传统使用方式中最常见的，此方案不但会生成危险性较高的氯气，并且还会生成大量含氯化钙的废水，导致生态环境受到极大的干扰。现今，国内外均在开发“原子经济”新方法，包括钛硅分子筛上催化过氧化氢、氧化丙烯制环氧丙烷等，此方式中采用TS-1 分子筛作为催化剂，温度控制在50 ℃以下，压力不超过0.1 MPa，可获得安全氧源。同时，环氧丙烷具有较高的选择性，其反应后生成水，消耗少且不会生成污染，原子利用率最高可达77%，所以具有较好的工业化前景；但是此方式仍然伴有一定的缺陷，原材料中双氧水价格高昂，无法展示其竞争优势。伴随着我国化工生产技术水平提升，此类缺点正是重点解决的问题，逐步地开发出绿色生产工艺。高分子化学家强调：绿色反应主要包括无副产物、副产物无害处理、反应条件对环境无害、催化剂无害四个部分，所以在生产绿色高分子材料时需要重点关注上述四点内容，才能实现环保、经济效益双丰收[1]。

1.2 运用无毒无害的原材料

原材料中采用毒性较强的氢氰酸、光气等，能够让中间体顺利地转变为必需的反应性基团、官能团。但是为了确保机体使用健康性，更加推崇使用无害、无毒的原料进行产品生产。目前，在熔融情况下采用碳酸二甲酯、双酚A 聚合完成聚碳酸酯的新技术，其可代替传统光气合成方式，并且使用无毒无害原材料，不会采用甲基氯化物，能够使生产过程和使用期间安全性得到保障。

1.3 采用可再生资源合成化学品

石油在工业生产中的使用，会生成大量的废弃物，导致环境被污染。而生物原料则能够弥补这一缺陷，是环境保护的重要导向。上世纪90 年代，M.Holtzapple 教授将废弃生物原料转化为工业化学品、燃料、动物饲料。生物原料主要组成部分包含纤维素、淀粉等，淀粉能转化为葡萄糖，而纤维素与葡萄糖的转化具有较高的难度。现目前已有技术中，葡萄糖经过酶反应后能够获得对苯二酚等物质，但是苯对机体的伤害是众所周知的，所以去除苯是能够提升综合竞争力的关键。而生物废物、农业废物制作新型聚合物也得到社会的重点关注，其不但可达到保护环境的目的，并且还能实现无害化，可减少白色污染的生成，减少对环境生成的压力[2]。

1.4 仿酶催化

酶作为生物高分子的一类，其催化反应得到瞩目，具有专一性、高效性及条件温和的特征，但是纯天然酶较为罕见，并且制作压力较大且敏感易变，在使用期间仍然存在诸多不足之处需要解决。人工酶是与纯天然酶极为相似的物质，其主要来源于天然酶，从中筛选出活性中心结构等因素，联同底物生成协同效应，能够发挥酶的优异能力，并且制作难度较小，稳定性较高，人工酶可发挥较好的结合、催化与对底物识别作用，能够实现绿色高分子目标。

1.5 材料的再生循环技术

合理运用材料并将其进行回收再利用，是材料的再生循环技术，是值得关注的一项技术。德国科学家基于再生循环技术观念，开发出裂解PVC 回收盐酸新工艺，并且将其作为生产PVC 的原料。而日本公司采用粉碎、加热、分解等程序，让PE 或者PP 等材料向燃料油转变，能够让废弃物的处理成本进一步降低。

2 绿色高分子材料的应用

2.1 光降解塑料

于日光暴晒后出现劣化分解反应并让材料丧失机械强度，被称为光降解，其实际上也是快速光老化的主要表现。光降解塑料的制作方式主要有两种，包括共聚光敏单体和普通聚合物、添加光敏剂，譬如，烯烃类单体、乙烯基甲基酮共聚后能够产生包括聚丙烯等多种聚合物。现目前，针对光降解的使用方式仍然处于众说纷纭阶段，部分学者认为光降解后部分化合物会被土壤所吸收，参与自然界循环中，而部分物质会遍布于土壤、地面，若无法使其降解或者转化，则可能会引发更加严重的污染情况，对于环境污染造成的危险更高。存在报道资料证实，聚合物中含有金属螯合物光敏剂等，会让生物降解碎片尽可能地完成降解工作，并可将其运用于垃圾袋等一次性产品中。

2.2 生物降解塑料

2.2.1 淀粉塑料

生物降解塑料中主要可包含淀粉、纤维素等天然多糖类物质，其自身属于拥有较高稳定性的化学结构，所以在工业生产中具有显著的作用，其中占比最高的为淀粉类。研究显示，淀粉的接枝聚合物加入淀粉作为相容剂，能够提升亲水性淀粉、树脂的包容性，包括磷酸盐、丙烯酸丁酯。

2.2.2 合成降解塑料

除开淀粉塑料，还存在其他能够完全被降解的合成塑料。应用频率较高的为PLA（人工合成的可生物降解的热塑性脂肪族聚酯）等，PLA 能够让在羟基、羧基在特定的状态下，经脱水后形成。且高分子PLA 具有较强的机械性，可符合医疗材料需求并被机体吸收分解的速度快，能够提升肢体恢复速度，可运用于手术缝合线、植入片中，在临床得到关注和重视。PHB（微生物合成的聚羟基丁酸酯）是另一种合成塑料，其主要是通过氧状态下真养产碱杆菌用糖发酵获取的聚酯，性能类似于PP，属于可完全降解的物质，现目前主要运用于日常一次性剃刀等产品生产中[3]。

3 绿色高分子材料未来展望

绿色化学得到重视并逐渐发展的时间不超过10年，现目前已得到众多学者和社会的重视。因传统工业更新升级是一个漫长的过程，需要投入大量人力和物力，所以短时间内期望新工艺替换传统工艺，采用绿色高分子产品替换传统高分子产品的难度较高。因此，在绿色高分子发展、生产和运用期间，需要重视下述几点问题：一方面需要考虑用户的要求，关注产品材料的性能；一方面需要关注绿色环保，减少资源、能源损耗，减少废弃物排放量，重视对环境的保护工作，避免过分追求利益的观念出现；高分子产品设计时，需要关注到产品与环境的协调作用，需要将生产设计与废弃物循环利用，减少环境污染相结合；强调社会效益与经济效益，重点关注科学技术效益，能够让高分子产品顺应时代可持续发展的步伐。伴随着绿色化学观念在工业生产中不断深入，人们对于绿色高分子认识度和重视度也得到提升，其未来趋势可能为：弥补传统工艺不足之处，使用绿色环保的材料，并且减少废弃物生成，实现材料的可持续循环利用，与环境保持协调关系；创新高效生产技术。使得高分子材料的发展更加趋向于精细化、功能化、高性能化，具有更强的科学性；优化绿色高分子设计，通过实际用品使用途径，完成高分子可降解设计；实现循环再生利用，让高分子材料产生的废弃物能够得到循环利用，将废弃物变为宝物，不但能够提升经济效益，同时还能达到资源回收利用的目的。

4 结语

现目前，国家强调提升各企业、社会组织的环保意识，绿色化学也逐渐蓬勃发展。现目前，针对绿色高分子材料的生产运用已代替传统高分子生产技术，以其环保、绿色的优势性，不仅能够让生活环境得到优化，同时还能节约能源，减少排放，具有较高的经济效益，因此可大力推广运用，将高分子材料变废为宝，从而提升资源再生利用率。