绿色高分子材料

绿色高分子材料的研究进展

功能材料101 费勇201010402209

摘要：分子材料从20世纪到今天，发展迅猛，在人们的日常生活中扮演着重要的角色，而其在环境上的影响日益受到人们的关注。介绍了绿色高分子材料研究概况，主要包括工艺的绿色化和绿色高分子材料的制备以及废弃高分子材料的回收利用。并对绿色高分子材料的发展进行了展望。

关键字：高分子材料；绿色；循环利用；环境保护；可降解高分子材料高分子材料包括塑料、橡胶、合成纤维。高分子材料种类繁多，性质多样，因具有质量轻、加工方便、产品美观实用等特点，颇受人们青睐，广泛应用在各行各业，从我们的日常生活到高精尖的技术领域，都离不开高分子材料，它已经成为人类最重要的材料。但是在高分子材料的生产、加工过程和高分子材料废弃物都对环境具有很大压力，高分子材料的绿色化势在必行。高分子的绿色化包括具体是指高分子的绿色合成和绿色高分子材料的合成与应用两个方面，前者是指高分子合成的无害化及其对环境的友好，后者是指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与循环使用[1]。

一、绿色高分子

绿色高分子来源于绿色化学与技术。绿色化学顾名思义就是环境无害或环境友好(Environmentally Friendly)化学，绿色高分子包括高分子本身与如何应用及处理二个方面，具体是指高分子的绿色合成和绿色高分子材料的合成与应用。前者是指高分子合成的无害化及其对环境的友好，后者是指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与循环使用。我国著名高分子化学家、中科院院土冯新德认为：绿色高分子合成中绿色反应应包括这样几个主要内容：一是无副产物；二是对副产物作无害处理；三是将反应条件改变为对环境无害；四是将催化剂改为对环境无害。

1.1 高分子合成的要求

我们知道，在高分子的合成过程中，会使用大量的溶剂、催化剂等对环境产生危害的物质，这些物质一般很难完全除尽，甚至可能会残留在产品中对环境造成长期危害。同时在合成反应中有时会生成有毒的副产物，如果不去除干净就会对产品的使用者带来危害。另外对高分子合成来说，一般需要特定的工艺条件，

例如对自由基聚合聚乙烯而言，聚合需要的压力很高，聚合时间也长，聚合中产生大量的热量，为了防止反应釜局部过热，在反应中需要不断的搅拌以达到热量的均衡，并需要大量的水进行冷却，这样就消耗大量的水和能源。因此，全面地看对高分子绿色合成的要求应有以下几个方面：

(1)合成中无毒副产物的产生或者有毒副产物无害化处理；

(2)采用高效无毒化的催化剂，提高催化效率，缩短聚合时间，降低反应所需的能量；

(3)溶剂实现无毒化，可循环利用并降低在产品中的残留率；

(4)聚合反应的工艺条件应对环境友好；

(5)反应原料应选择自然界中含量丰富的物质，而且对环境无害，避免使用自然中稀缺资源。

1.2 高分子绿色合成的实施

为达到绿色高分子的要求，我们可以采取一定的方法实现高分子合成的绿色化。例如改变聚合反应中传统的能量交换方式。一般聚合反应都是采用加热的方式交换能量以满足反应所需的能量，但这种换能方式效率低，我们可利用光、微波、辐射等引发聚合反应。徐嘻等对聚合物或聚合物一单体体系超声辐射，合成了许多共聚物，例如PEO一AN、PVA一AN等，其中一些是新型的共聚物，而有一些是不能由单体直接合成的，并且有些产品已得到了广泛的应用。

改变催化剂也是一个很好的方法。一般烷烃的氧化需要高温催化，而且从醇到醛再到酸的过程是不易控制的，因为选择性差，要得到醇或醛只能在低转化率范围内，所以效率差，而且污染大。美国加州大学Berkeley分校Iawrenee实验室用BaY作催化剂，用λ<600nm照射甲苯，可以使甲苯反应停留在苯甲醛。另外也可以改变反应条件实现绿色合成，例如甲苯采用电氧化的方法，在Mn3+电极，O，latm下氧化可以得到高纯度的苯甲醛，此法温和，选择性好，纯度高，节H

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能源，无污染。

1.3 材料的再生循环技术

材料的再生循环技术是指材料的多次回收再利用过程。德国的Waeke ehemie 开发了一种由裂解PVC回收盐酸新工艺，用该工艺生产的盐酸可作为生产新聚氯乙烯(PVC)的原料。日本宫士资源再生2b公司采用ZSM一5催化剂，通过粉碎、

加热、分解等工序，使废聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)等聚烯烃塑料转化为燃料油。据称，每千克这种塑料可生成0.SL煤油或柴油，处理废塑料的成本仅为235美元/t。

1.4 材料的降解

绿色高分子一般是指高分子材料的可降解性，可降解高分子根据其降解机理对其作出明确的定义，再经分子和材料设计合成高分子，并进行加工，制备降解塑料;然后对它作出评价，根据评价结果，修正分子、材料的设计，再加上新的降解塑料，如此重复循环，最终得到较理想的降解材料。根据降解机理，“可降解高分子”是指光降解高分子、生物降解高分子以及光一生物双降解高分子困。其中光降解高分子是在高分子化合物的分子链的一定距离之间添加光敏基团，它们被曝晒在阳光下，光敏基团就吸收辐射而使高分子化合物在此断裂，断裂以后的碎片是比较容易被生物降解的。例如可以把酮基加到高聚物(如最普通的塑料聚丙烯、聚乙烯等)中，生成酮代高聚物，在太阳光照射下就能发生光解反应。生物降解高分子材料指的是高分子材料在使用后能够在自然环境下逐渐降解，最终以小分子的形式进人自然界。聚乳酸(PLA)是脂肪族中最典型的一种生物降解高分子材料，不但具有良好的生物降解性，而且和其他聚合物有很好的相容性，这使得聚乳酸极易改性以满足各种需要。另外，聚乳酸来源于可再生资源(例如玉米)，所以还可减少不可再生资源的消耗，进而缓解人类的资源危机。

二、合成工艺的绿色化

我国著名高分子化学家、中科院院士冯新德认为[1]：绿色高分子合成中绿色反应应包括这样几个主要内容，一是无副产物，二是对副产物作无害处理，三是将反应条件改变为对环境无害，四是将催化剂改为对环境无害。

首先，从原子经济性方面考虑，理想的原子经济反应是原料分子中的原子百分之百地转变成产物，不产生副产物或废物，实现废物的零排放。如环氧丙烷是生产聚氨酯泡沫塑料的重要原料，传统上主要采用二步反应的氯醇法，不仅使用危险的氯气，而且产生大量含氯化钙的废水，造成环境污染。国内外均在开发钛硅分子筛上催化氧化丙烯制环氧丙烷的原子经济新方法[2]。

其次，从原材料方面考虑，尽量采用无毒无害的、来源丰富的可再生资源等。Komiya[3]研究开发了在固态熔融状态下，采用双酚A 和碳酸二甲酯聚合生产