基于高分子材料合成與應(yīng)用的綠色化工發(fā)展研究

魏開明(震宇(天津)精密塑膠有限公司，山東 德州 253000)

0 引言

隨著人類思想意識(shí)水平的不斷提升，其對(duì)于環(huán)境保護(hù)等內(nèi)容愈加關(guān)注，在某些方面上也在親自參與。通過建設(shè)綠色工業(yè)能夠緩解經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境之間的矛盾，綠色化學(xué)研究題目的提出成為促進(jìn)綠色工業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵工作，并且我國在綠色化學(xué)研究上取得了顯著成果。綠色化學(xué)包括兩方面研究發(fā)展內(nèi)容，首先是生物降解高分子材料，可以重復(fù)多次使用，并且還能夠在自然環(huán)境中隨著時(shí)間推移而被微生物有效降解，對(duì)環(huán)境造成的污染是非常微小的。其次是高分子與相應(yīng)單體的合成方法。

1 高分子材料合成中存在的問題

高分子材料合成需要找到合適的原料作為研究基礎(chǔ)，做好原料的選擇與控制工作，避免一些有毒有害的原料被誤用。高分子材料合成工藝主要是對(duì)材料做高壓、加熱和冷卻等多項(xiàng)加工處理，在這個(gè)過程中需要消耗掉大量的能源，在保證材料質(zhì)量合格的前提下降低能源消耗是人們一直在研究的重點(diǎn)課題之一。高分子材料合成必須要借助一些溶劑、催化劑等物質(zhì)才能完成，其中又會(huì)產(chǎn)生一定量的毒副產(chǎn)物，當(dāng)這些物質(zhì)擴(kuò)散到空氣中會(huì)對(duì)環(huán)境和人體健康造成嚴(yán)重影響。目前所了解和接觸的和合成高分子材料都是由天然氣、石油等礦物燃料中提取出來的，因此在研究過程中會(huì)與環(huán)境產(chǎn)生極大聯(lián)系。針對(duì)高分子材料的后續(xù)處理工作，通常是采用填埋措施，能夠回收利用的只占到很少一部分，這樣一來不僅會(huì)造成資源的浪費(fèi)，還會(huì)對(duì)填埋周圍區(qū)域的環(huán)境土壤產(chǎn)生巨大破壞。廢棄高分子材料的處理是當(dāng)今人們關(guān)注的問題之一。

2 高分子材料應(yīng)用中存在的問題

經(jīng)過人們對(duì)高分子材料的大力研究和創(chuàng)新，對(duì)于其各項(xiàng)制造工藝已經(jīng)掌握的較為全面和熟練，同時(shí)將其廣泛的應(yīng)用到了人們的日常生活中。然在高分子材料在實(shí)際使用中也出現(xiàn)了許多問題，例如會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生破壞和污染，對(duì)人體健康具有較大威脅。有的高分子材料在使用很多年后，人們才發(fā)現(xiàn)了其對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的影響，氟利昂對(duì)地球臭氧層的破壞就是一個(gè)典型例子。

3 高分子材料合成與應(yīng)用中的綠色發(fā)展戰(zhàn)略

3.1 原料無毒化

在高分子材料綠色發(fā)展戰(zhàn)略推進(jìn)過程中，必須要做好其原料的控制工作，確保所使用的原料是無毒無害的，并且能夠維持很長一點(diǎn)時(shí)間的使用和消耗，不需要擔(dān)心未來的資源緊缺問題。例如，在高分子材料的真實(shí)研究工作中，美國為了找到合成原料的替代物質(zhì)，在高分子材料加工中借助淀粉和PVA緩和物，研究出了強(qiáng)度相差無幾的高分子材料，在遺棄之后的分解率也高達(dá)100%。

3.2 催化無毒化

聚乳酸類材料能夠在高分子材料合成與應(yīng)用中發(fā)揮很大作用，然而在實(shí)際研究工作中還需要解決一個(gè)非常關(guān)鍵的安全性難題，在聚乳酸材料制備過程中需要用到特定的催化劑，此類催化劑本身具有毒化性質(zhì)。催化劑主要為辛酸亞錫，其在相關(guān)權(quán)威機(jī)構(gòu)的認(rèn)證下已經(jīng)得到了認(rèn)可，但是部分研究人員認(rèn)為辛酸亞錫具有較強(qiáng)的生理毒性，生物降解材料的合成酶催化工序與綠色化學(xué)所提出的內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)是相一致的，然而酶的催化作用受到酶種類和酶促反應(yīng)的影響，在聚烯經(jīng)類高分子的加聚反應(yīng)過程中，其整體的原子利用率達(dá)到了100%的水平，即使這樣，材料的安全性還需要人們的進(jìn)一步研究和論證。綠色化學(xué)高分子材料制備工作要借助許多不同種類的穩(wěn)定劑、增強(qiáng)劑等添加劑，其對(duì)環(huán)境和人體健康是否有較大影響，或者有什么樣的影響依舊需要進(jìn)行深入研究，催化劑無毒化是綠色化學(xué)的重點(diǎn)研究內(nèi)容。

3.3 制備無毒化

在高分子材料合成與應(yīng)用研究中，一些較為關(guān)鍵的高分子單體找到了綠色的合成方法。例如生活中常見的尼龍材料，其最主要的植被原料之一就是乙二酸，在傳統(tǒng)工藝技術(shù)中，借助苯為其是原來通過一系列反應(yīng)來制成乙二酸，并且在這個(gè)過程中會(huì)生成有毒中間體苯酚和氮氧化物。人們借助現(xiàn)代生物合成技術(shù)將葡萄糖作為原料，可以合成乙二酸材料，并且在成本和技術(shù)層面都有著非常明顯的優(yōu)勢(shì)。環(huán)氧丙烷是制造聚氨酷泡沫塑料過程中不可或缺的原料之一，一般工藝技術(shù)中主要是借助兩步反應(yīng)的氯醇法，其中需要接觸到有毒氣體氯氣，同時(shí)排放出含有氯化鈣物質(zhì)的廢水，會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重破壞。為了避免這個(gè)問題，相關(guān)研究人員通過鈦硅分子篩來催化氧化丙烯，進(jìn)而得到環(huán)氧丙烷的新型工藝技術(shù)，并且對(duì)原子的利用率達(dá)到了100%的水平，使得人們?cè)诰G色化學(xué)領(lǐng)域獲得了更加深入的突破和發(fā)展。

3.4 合成材料無毒化

通常情況下，許多合成高分子材料是無法實(shí)現(xiàn)降解的，同時(shí)要想進(jìn)行回收和二次利用也是較為困難的，放到室外環(huán)境中會(huì)對(duì)生態(tài)產(chǎn)生不同程度的破壞與影響，針對(duì)這個(gè)特性，人們需要在高分子材料的無毒無害性方面上進(jìn)行大力創(chuàng)新和研究。此外，以綠色化學(xué)的角度來看，高分子材料無毒化是綠色化學(xué)所要追求并實(shí)現(xiàn)的重要目標(biāo)。在現(xiàn)實(shí)生活中，人體手術(shù)需要用到的手術(shù)縫合線就是由聚氨基酸等材料制備而成，這種材料不會(huì)對(duì)生物體產(chǎn)生任何影響和后遺癥，在生物體內(nèi)不會(huì)產(chǎn)生排斥反應(yīng)，同時(shí)具有非常顯著的可降解特性，是一種貢獻(xiàn)和作用非常大的合成高分子材料。

3.5 應(yīng)用無毒化

針對(duì)能夠回收并重復(fù)利用的環(huán)境惰性高分子材料，需要對(duì)其采取有效措施，避免造成資源浪費(fèi)情況，同時(shí)找到好的處理方法，防止其對(duì)環(huán)境產(chǎn)生影響和破壞。PP、PE等聚烯烴本身有著較高的熱值，在燃燒過程中不會(huì)產(chǎn)生有毒有害物質(zhì)。人們可以借助這一點(diǎn)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，為不同工作提供能源動(dòng)力。現(xiàn)階段，在城市生活垃圾變電能的建設(shè)工作中，其主要就是將PVC材料與PP、PE進(jìn)行有效篩選和處理，進(jìn)而防止出現(xiàn)能源難以回收的問題。在PVC材料的處理問題上，人們應(yīng)逐漸的盡量的減少焚燒的次數(shù)，進(jìn)而控制毒性物質(zhì)的產(chǎn)生和排放。與此同時(shí)，在一些短時(shí)間內(nèi)需要使用到PVC材料的行業(yè)和領(lǐng)域，盡快的找到更加環(huán)保的替代品，減輕對(duì)環(huán)境的污染和破壞程度。

4 高分子材料在工程建筑中的運(yùn)用狀況

4.1 直接節(jié)能型高分子材料

此類高分子材料能夠在建筑工程方面上發(fā)揮很大的作用，可以將其用作建筑材料或者保溫材料等，同時(shí)兼具著優(yōu)異的防火防水性能，在實(shí)際使用過程中能夠堅(jiān)持很長的時(shí)間，其本身的化學(xué)穩(wěn)定性也較為顯著。真正在實(shí)際中得到廣泛應(yīng)用的建筑外墻保溫高分子材料主要有酚醛樹脂聚氨酯以及和高分子包覆的相變符合材料。在施工過程中可以節(jié)省很多時(shí)間和精力，并且能夠確保良好的保溫性能。與此同時(shí)，硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料的閉孔率可以實(shí)現(xiàn)90%以上的水平，孔洞之中的二氧化碳等物質(zhì)，導(dǎo)熱率整體上來說符合使用標(biāo)準(zhǔn)和要求。在聚氨酯噴涂工作結(jié)束之后，其導(dǎo)熱率會(huì)維持在0.020W/(K·m)的程度，經(jīng)過長時(shí)間的使用之后，其導(dǎo)熱率會(huì)發(fā)生非常微小的改變，不會(huì)對(duì)其性能產(chǎn)生影響，和其他材料相比，在保溫效果上有著明顯優(yōu)勢(shì)。與此同時(shí)，聚氨酯材料具有良好的疏水特性，在這個(gè)情況下水分很難進(jìn)到材料中，避免建筑材料出現(xiàn)膨脹等現(xiàn)象，確保了建筑整體的穩(wěn)定性和安全性。

4.2 間接節(jié)能型高分子材料

在此類材料的生產(chǎn)和應(yīng)用過程中，可以為人們節(jié)省一定量的成本和資源，同時(shí)有效的增加使用壽命和性能。對(duì)高分子材料的穩(wěn)定性、抗老化性等性能的提升都有著顯著效果，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的。以納米氧化鋅、納米二氧化鈦與納米銀復(fù)合而成的高分子雜化材料，在抗菌方面有著良好表現(xiàn)，在建筑外墻、管道等有著廣泛的應(yīng)用。在空氣濕度較大的環(huán)境中，可以有效的避免材料出現(xiàn)變質(zhì)的現(xiàn)象，進(jìn)而可以使其長時(shí)間的保持良好工作狀態(tài)?？s短材料的實(shí)際成型時(shí)間，過著降低材料成型標(biāo)準(zhǔn)，這些特性在節(jié)能減排過程中起到了良好作用。經(jīng)過紫外光固化處理的材料，其固化速度、穩(wěn)定性、力學(xué)性能都有著突出表現(xiàn)，值得人們?cè)谄鋺?yīng)用和發(fā)展中投入更多的成本和資源。

4.3 功能性節(jié)能或儲(chǔ)能高分子材料

此類高分子材料在建筑工程中有著廣泛應(yīng)用，一般是用作熱至致變色型高分子材料和聚合物太陽能電池。前者會(huì)隨著溫度的變化而出現(xiàn)明顯改變，作為一種功能性材料，在建筑外墻和屋頂涂層施工中可以發(fā)揮很大作用。后者是將光能轉(zhuǎn)換成電能，為各項(xiàng)用電設(shè)備提供能源動(dòng)力。

5 高分子材料應(yīng)用中的綠色戰(zhàn)略

在高分子材料廢棄之后，可以將其以聚合物的形式展開回收處理，再經(jīng)過特殊方法的加工達(dá)到二次利用的目的。部分高分子材料本身的熱塑性較為突出，在針對(duì)二次加工利用中發(fā)生的降解或者力學(xué)性能減弱等現(xiàn)象，不會(huì)對(duì)其造成很大的影響，仍然可以借助特殊方法對(duì)其展開有效處理。此外，將高分子材料以能量的形式做回收利用處理，在特殊工藝技術(shù)的支持下將其降解成低分子量油脂或者化學(xué)產(chǎn)品，通過燃燒等過程實(shí)現(xiàn)能源的有效轉(zhuǎn)換，為人類各項(xiàng)活動(dòng)提供可靠能源動(dòng)力。

6 結(jié)語

綜上所述，在當(dāng)前復(fù)雜形勢(shì)環(huán)境下，人們對(duì)于經(jīng)濟(jì)與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的問題愈加重視，為了盡快緩解這兩者之間的矛盾和問題，需要在綠色工業(yè)上取得顯著的突破和成果。國家在此方面也投入了大量的資源和人力物力。高分子材料合成與應(yīng)用作為重點(diǎn)發(fā)展的內(nèi)容之一，需要針對(duì)其中存在的各項(xiàng)問題制定科學(xué)合理的解決措施，加大科研投入，促進(jìn)高分子材料領(lǐng)域的發(fā)展和進(jìn)步。