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浙江大學李伯耿教授:聚合物從搖籃到墳墓全程生態化
2012-05-23  來源:中國聚合物網
    “作為化工材料可持續發展的一個重要方向,聚合物材料的生態化就是要從搖籃到墳墓,自始至終實現環境友好;從原料的生態化開始,經過聚合過程的生態化,一直到最終產品的生態化。”浙江大學工學部主任李伯耿教授就化工如何實現可持續發展接受記者采訪時表示。

  李伯耿說,聚合物材料不僅性能和功能范圍廣,而且制造、加工與應用的能耗都相對較低,其對金屬和無機非金屬材料的替代不僅是過去100年材料工業的發展主流,而且仍然是未來化工材料的發展趨勢。但傳統的聚合物生產依賴于石油、煤等礦物質資源,先形成單體,再制成聚合物。可礦物質資源有其自身的局限性,比如,生長周期漫長,終有一天會枯竭,且其開采、加工直接或間接地影響環境,會產生二氧化碳、酸雨及溫室氣體。加之近年來油價不斷上漲,因此,應用生物質資源和二氧化碳等可再生資源的呼聲不斷高漲。

  李伯耿說,將生物質制成聚合物單體,要求產品結構清晰、組成純凈。物理和化學方法一般能耗高、產率低,且過程污染較嚴重,因此往往作為生物轉化法的輔助手段。生物轉化的酶極為重要,隨著基因工程、細胞工程、酶工程技術的不斷發展,人類能夠制造出具有較高穩定性和容忍性的微生物,并從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/環氧丙烷共聚物、二氧化碳/環氧丙烷/環氧乙烷三元共聚物、二氧化碳/環氧丙烷/環氧環己烷三元共聚物。李伯耿指出,開發可活化二氧化碳反應的催化劑體系是關鍵。此外,抑制副反應和進一步提高性能也是有待解決的問題。

  李伯耿說:“過程生態化的一個永恒的主題就是節能、環保,而相對其他化工過程,絕大多數聚合過程較為環保。”從綠色合成的基本原則和主要手段來考量,首先,聚合物生產過程基本都是管道化的;在溶劑的無害化方面,懸浮聚合、乳液聚合、水相沉淀聚合、液相本體聚合、氣相聚合技術等均已成熟,超臨界二氧化碳中的聚合反應正在發展中;在原料無害化方面,非光氣法合成聚氨酯、聚碳酸酯也都已經產業化。

  在談到聚合過程的難點與重點時,他認為,聚合過程研究開發主要有兩個難點:首先是大多數聚合反應是強放熱,但聚合反應體系傳熱性能較差,往往制約了聚合過程效率;其次是聚合產物的分離與純化,聚合過程的能耗多來自于它。人們已經在傳熱過程的強化、非均相聚合方面取得了大量的成果。他表示,用同樣的原料制成高性能、高附加價值的產品,廣義地說,也是節約資源。目前,產品的高性能化已經成為聚合過程研究開發的重點。譬如,聚烯烴領域的相對分子質量雙峰分布技術、反應器內合金化技術、多區流化床反應器技術等。

  產品的生態化是最后一個環節,較為典型的生態化聚合物產品包括生物可降解聚合物、粉末涂料、水性涂料、水性油墨等。李伯耿強調,生物可降解聚合物不等于生物基聚合物,因為生物基聚合物有一些是不可降解的。今后幾年,生物可降解聚合物的大發展還有賴于高性能化(共聚、結構調控)、低成本化以及政府的大力支持。

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