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聚合物:摇篮到坟墓全程生态化

编辑:admin  时间:2016-05-12 13:07:19   访问次数:353

    “作为化工材料可持续发展的一个重要方向,聚合物材料的生态化就是要从摇篮到坟墓,自始至终实现环境友好;从原料的生态化开始,经过聚合过程的生态化,一直到最终产品的生态化。”浙江大学工学部主任李伯耿教授就化工如何实现可持续发展接受记者采访时表示。

    李伯耿说,聚合物材料不仅性能和功能范围广,而且制造、加工与应用的能耗都相对较低,其对金属和无机非金属材料的替代不仅是过去100年材料工业的发展主流,而且仍然是未来化工材料的发展趋势。但传统的聚合物生产依赖于石油、煤等矿物质资源,先形成单体,再制成聚合物。可矿物质资源有其自身的局限性,比如,生长周期漫长,终有一天会枯竭,且其开采、加工直接或间接地影响环境,会产生二氧化碳、酸雨及温室气体。加之近年来油价不断上涨,因此,应用生物质资源和二氧化碳等可再生资源的呼声不断高涨。

    李伯耿说,将生物质制成聚合物单体,要求产品结构清晰、组成纯净。物理和化学方法一般能耗高、产率低,且过程污染较严重,因此往往作为生物转化法的辅助手段。生物转化的酶极为重要,随着基因工程、细胞工程、酶工程技术的不断发展,人类能够制造出具有较高稳定性和容忍性的微生物,并从中提取出所需要的酶。

    目前,已批量生成的二氧化碳基聚合物包括:二氧化碳/环氧丙烷共聚物、二氧化碳/环氧丙烷/环氧乙烷三元共聚物、二氧化碳/环氧丙烷/环氧环己烷三元共聚物。李伯耿指出,开发可活化二氧化碳反应的催化剂体系是关键。此外,抑制副反应和进一步提高性能也是有待解决的问题。

    李伯耿说:“过程生态化的一个永恒的主题就是节能、环保,而相对其他化工过程,绝大多数聚合过程较为环保。”从绿色合成的基本原则和主要手段来考量,首先,聚合物生产过程基本都是管道化的;在溶剂的无害化方面,悬浮聚合、乳液聚合、水相沉淀聚合、液相本体聚合、气相聚合技术等均已成熟,超临界二氧化碳中的聚合反应正在发展中;在原料无害化方面,非光气法合成聚氨酯、聚碳酸酯也都已经产业化。

    在谈到聚合过程的难点与重点时,他认为,聚合过程研究开发主要有两个难点:首先是大多数聚合反应是强放热,但聚合反应体系传热性能较差,往往制约了聚合过程效率;其次是聚合产物的分离与纯化,聚合过程的能耗多来自于它。人们已经在传热过程的强化、非均相聚合方面取得了大量的成果。他表示,用同样的原料制成高性能、高附加价值的产品,广义地说,也是节约资源。目前,产品的高性能化已经成为聚合过程研究开发的重点。譬如,聚烯烃领域的相对分子质量双峰分布技术、反应器内合金化技术、多区流化床反应器技术等。

    产品的生态化是最后一个环节,较为典型的生态化聚合物产品包括生物可降解聚合物、粉末涂料、水性涂料、水性油墨等。李伯耿强调,生物可降解聚合物不等于生物基聚合物,因为生物基聚合物有一些是不可降解的。今后几年,生物可降解聚合物的大发展还有赖于高性能化(共聚、结构调控)、低成本化以及政府的大力支持。

——化工可持续发展科技战略系列报道之二

摘自中国化工报