生物可降解高分子

导读我国煤炭资源丰富，煤化工产业潜力巨大，高端化、多元化、低碳化是当前煤化工产业的主要发展方向，积极发展煤基新材料意义重大。我国《“十四五”循环经济发展规划》、《“十四五”塑料污染治理行动方案》提出，科学稳妥推广可降解塑料作为塑料的替代品，PGA作为一种煤基生物可降解塑料，已经开启了万吨级规模生产步伐，标志着国产高端生物可降解塑料PGA的到来。本文带您抢鲜了解其应用前景及生产过程中主要分析项目的岛津典型解决方案。PGA特点用途PGA中文名称聚乙醇酸，又称聚羟基乙酸，它是一种单元碳数最少、降解速度最快的脂肪族聚酯类高分子材料。通过生物降解，并最终被完全分解变成二氧化碳和水，不含任何残留。图1 PGA降解过程PGA拥有良好的生物相容性、极高的机械强度和优异汽氧阻隔性三大特点，其用途主要在三个方面：1）高端医用材料，如医疗外科手术缝合线、骨折内固定、组织工程修复材料及药物控制释放体系等；2）环境友好的封堵材料，如原油开采中的压裂球或暂堵球（桥塞），代替镁铝合金材质；3）一次性塑料透气薄膜，如保鲜包装和农用膜材料，替代现有多种塑料。图2 PGA性能特点PGA生产流程目前我国在建PGA生产装置，主要通过煤制气，经草酸二甲酯加氢制备乙醇酸甲酯，再经过直接聚合或乙交酯聚合生产聚乙醇酸。目前应用较多的是乙交酯开环聚合法。图3 PGA主要生产工艺路线PGA生产过程历经多道中控产品分析质检，才转化为最终的高端生物可降解塑料，下表展示了其中主要的分析项目和检测组分。表1. PGA生产过程中主要的分析项目岛津方案分析利器Nexis GC-2030气相色谱仪a 气体样品分析典型解决方案典型分析谱图合成气样品谱图b 液体样品分析典型解决方案典型分析谱图草酸二甲酯样品谱图乙醇酸甲酯样品谱图客户心声国能榆林化工有限公司建有世界首套年产5万吨煤基PGA生产装置，已经投产运行。公司化验中心张亚春老师说：“PGA示范项目中，我们使用岛津气相色谱GC-2030和GC-2014，解决了很多难题，为生产提供了大量的质量分析数据。岛津仪器性能稳定，故障少，软件功能完善，大家用的都很顺手。希望能与岛津公司紧密合作，推动高端生物可降解材料PGA的发展。”国能榆林化工有限公司PGA实验室仪器森林撰稿人：陈刚本文内容非商业广告，仅供专业人士参考。

近日，国家发展改革委、生态环境部、工业和信息化部、住房城乡建设部、农业农村部、商务部、文化和旅游部、市场监管总局、供销合作总社等9部门联合印发《关于扎实推进塑料污染治理工作的通知》，明确禁限不可降解塑料袋、一次性塑料餐具、一次性塑料吸管等一次性塑料制品的政策边界和执行要求，对疫情防控等突发事件期间用于应急保障的一次性塑料制品予以豁免。相比2008年“限塑令”主要是针对于流通使用环节，这次的“禁塑令”不仅聚焦于使用环节，也关注到了生产、流通、使用、回收、处置的全过程。在政策方面，“禁塑令”没有不顾实际情况搞“一刀切”，指出用于盛装散装生鲜食品、熟食、面食等商品的塑料预包装袋、连卷袋、保鲜袋等，不在禁止之列 “禁塑令”扩大到“餐饮打包外卖服务以及各类展会活动”。从技术角度看，环保替代塑料吸管有多种选择，而可降解塑料抗摔性、耐热性、防腐性等方面的提升空间是另一个问题。这也意味着我国可降解塑料将迎来发展机遇。到2030年，预计我国可降解塑料需求量可到428万吨，市场规模可达855亿元。2020年底“禁塑令”工作目标从材料与环保协调发展角度看, 使用源于自然并可回归于自然的无机矿物作为填料部分取代高分子材料生产塑料制品是目前的可行方案之一。近年研究表明，碳酸钙等无机粉体材料在制造环境友好塑料材料方面发挥了重要作用。实现了提高塑料制品尺寸的稳定性、提高塑料制品的硬度和刚性、改善塑料加工性能、提高塑料制品的耐热性、改进塑料的散光性、降低塑料制品成本等多重优势。碳酸钙有利于塑料材料的降解，聚乙烯(PE)薄膜中有碳酸钙粉末时，在填埋后碳酸钙有可能与CO2和H2O反应，生成溶于水的Ca(HCO3)2而离开薄膜。留下的微孔，将增大聚乙烯塑料接触周围空气和微生物的面积，从而有利于进一步降解。同时，填加碳酸钙有利于PE焚烧。燃烧时，塑料溶化容易形成黏壁现象，无机粉体加入能够使得这一问题得到极大改善。在PE塑料材料中添加了大量碳酸钙，其效果不仅体现在塑料材料的减量上，且焚烧时可减少对大气污染，减少尾气中有害气体的排放量, 特别是与焚烧热氧降解剂配合使用，对遏止二恶英产生有十分重要意义。近几年日本等国开发了可焚烧PE塑料薄膜袋用来作为盛放焚烧垃圾发电专用袋。随着中国禁塑行动的进行，超细重质碳酸钙、轻质碳酸钙和纳米碳酸钙由于价格相对低廉，又可促进塑料降解，环境友好，在可降解塑料中的添加比例会越来越大，市场前景会越来越广阔。广西贺州是全国的重钙粉体生产基地和人造岗石生产基地，被授予中国“重钙之都”和“岗石之都”称号。目前，贺州市年产重质碳酸钙粉体达800万吨，产品市场占有量达到60%以上。广西贺州也是珠海欧美克仪器用户最集中的区域之一，在深耕非矿行业二十余载的岁月里，欧美克的仪器质量和品牌口碑不断得到贺州“钙帮”老板们一致认可。Topsizer 激光粒度分析仪碳酸钙根据品种不同有多种不同的粒径和不同的表面涂层特性。欧美克Topsizer激光粒度仪应用于测试碳酸钙微粉，在短短几分钟的时间内就可以完成覆盖从纳米到毫米级别范围的测量。可以实现生产过程中以及最终产品的质量中对碳酸钙的粒度的监测和控制。其次，通过优化的产品设计，Topsizer可以为客户提供高准确性、高重复性和高重现性的数据。图3和表2显示了同一GCC（立磨）样品分成三等份样品的重复性结果，由同一台Topsizer仪器测量。图4和表3显示了三台不同的Topsizer仪器所测量的同一批次的重复性粒度分布。图3：方法重复性：同一台Topsizer仪器测量同一批GCC中三种不同样品的粒度分布表2：同一台Topziser仪器测量同一批GCC的三等份试样的粒度分布图4：系统重现性：用三台不同的Topsizer仪器测量同一批GCC的粒度分布表3：用三台不同的Topsizer仪器测量同一批GCC的粒径分布最重要的是，激光粒度仪测试过程比较简单，很容易掌握测试方法，对测试人员的要求不高，从样品制备到测试可以在几分钟内完成质控把关。随着后疫情时期的经济反弹，广大碳酸钙企业在这一难得机遇面前，可以通过增加碳酸钙与塑料的亲合性的活化处理及采用粒度仪进行良好的粒径控制，开发出可降解塑料用高填充比例高制品性能的碳酸钙专用产品，提高碳酸钙产品附加值，促进碳酸钙产业的发展。欧美克仪器也在仪器性能和日常维护上为广大碳酸钙企业提供及时全面的技术支持，例如针对行业集中区域客户的免费上门回访维护等系列售后增值服务活动（点击文字了解相关活动），以及多场碳酸钙行业专场直播课程等。扫描二维码报名专题直播课始终坚持“以客户为中心”的服务宗旨，欧美克作为国内最著名的颗粒测量仪器制造商、高新技术企业及广东省工程技术研究中心，始终致力于粉体行业粒度检测与控制技术的不断提高，为客户提供先进的物超所值的粒度测量仪器，服务及整体解决方案，为粉体行业创新发展提供强有力的支撑！参考资料：1. 欧美克仪器.《碳酸钙的激光衍射粒度分析报告》2. 腾讯新闻.《从“纸上谈兵”到“落地有声” “禁塑令”要突破两大难点》；3. 矿材网.《后疫情下，中国禁塑行动为碳酸钙行业带来大机遇！》

按照中国化学会“高分子基础研究王葆仁奖”、“高分子科学创新奖”、“高分子青年学者奖”的实施条例，中国化学会高分子学科委员会于2021年第三季度，开展了2021年度中国化学会高分子奖项的评选活动。评选结果如下：一、中国化学会高分子基础研究王葆仁奖（一名）孙俊奇吉林大学获奖文章：基于聚合物复合物的自修复与可修复聚合物材料高分子学报，2020，8，791-803。个人简介：孙俊奇，吉林大学化学学院、超分子结构与材料国家重点实验室教授，国家杰出青年科学基金获得者。1992-1996年就读吉林大学化学系，并获得高分子科学与工程学士学位。2001年于吉林大学获得理学博士学位，期间在德国慕尼黑大学技术物理系进行了1年的博士联合培养。2002年-2003年在日本理化学研究所从事博士后研究。2003年9月受聘吉林大学教授、博士生导师，2010年受聘吉林大学“唐敖庆特聘教授”。入选2015年度科技部中青年科技创新领军人才和2018年度国家“万人计划”领军人才，2020年入选中国化学会会士，2003全国优秀博士论文获得者，并荣获中国化学会青年化学奖(2007年)和第十届中国化学会-巴斯夫公司青年知识创新奖（2019年）。2020年担任美国化学会Langmuir 杂志副主编。主要研究方向为具有修复、循环利用与降解性能的超分子聚合物材料。 二、中国化学会高分子科学创新奖（五名）中国化学会高分子科学创新奖，下设“中国化学会高分子科学邀请报告荣誉奖”和“中国化学会高分子科学创新论文奖”。1. 中国化学会高分子科学邀请报告荣誉奖（一名）李志波青岛科技大学获奖文章：有机磷腈碱催化环内酯开环聚合制备可降解聚酯研究进展高分子学报，2020，8，777−790。个人简介：李志波，青岛科技大学教授、博士生导师。1998年、2001年中国科学技术大学获学士和硕士学位，2006年美国明尼苏达大学化学系获博士学位，然后在UCLA生物工程系做博士后研究，2008年到中科院化学所工作，2015年到青岛科技大学工作至今。2012 年获国家杰出青年基金支持，2015年获山东省泰山学者优势学科团队领军人才支持并入选国家百千万人才工程，2016年获批“享受国务院颁发政府特殊津贴”人员，2018年入选英国皇家化学会会士和科技部创新领军人才计划，2019年入选第四批国家“万人计划”。作为第一完成人获得山东省自然科学二等奖1项，发表SCI论文230余篇。目前担任Chinese Journal of Polymer Science和Polymer Chemistry副主编；任第30届中国化学会高分子学科委员会委员，第30届中国化学会副秘书长、理事。主要从事可降解高分子的可控合成、结构与性质表征以及相关应用研究。 2. 中国化学会高分子科学创新论文奖（四名）顾军渭西北工业大学获奖文章：Thermally Conductive and Insulating Epoxy Composites by Synchronously Incorporating Si-sol Functionalized Glass Fibers and Boron Nitride FillersChinese Journal of Polymer Science，2020,7,730-739.个人简介：顾军渭，西北工业大学化学与化工学院教授、博士生导师，英国皇家化学会会士。2002~2010年在西北工业大学获高分子材料与工程学士，材料学硕士、博士学位，2011年加入西北工业大学。主要从事导热高分子及其复合材料研究。发展了基于液晶基元、多重氢键和拓扑结构设计合成本征高导热高分子基体的新策略；开发了“原位聚合-静电纺丝-高温模压”法等制备导热高分子复合材料的新方法；提出并建立了各向异性高分子复合材料的导热模型和经验方程，开发了表征界面热障及其界面处声子散射的新方法。获2020年度高等学校科学研究优秀成果奖（科学技术）技术发明二等奖（排名2/6）、中国复合材料学会青年科学家奖等学术奖励。陈昶乐中国科学技术大学获奖文章：A Phenol-containing α-Diimine Ligand for Nickel- and Palladium-Catalyzed Ethylene PolymerizationChinese Journal of Polymer Science，2019,10,974-980个人简介：陈昶乐，现为中国科技大学化学与材料科学学院教授。2005年获得中国科技大学学士学位， 2010年获得美国芝加哥大学博士学位。在美国西北大学进行博士后研究之后，2011年7月起在美国塞拉尼斯公司担任Scientist II，2013年初到中国科技大学工作。陈昶乐博士已在Nat. Rev. Chem., Nat. Commun., Angew. Chem. Int. Ed.等国际期刊上作为通讯作者发表SCI论文100余篇。申请专利60余项，其中43项授权。陈昶乐博士于2012年入选“国家杰出人才计划”，于2015年获得国家自然科学基金优秀青年基金，于2016年获得日本高分子学会“International Leading Young Scientist Award”，以及中国化学会青年化学奖；于2019年获得高分子成型加工及其产业发展“新锐创新奖”，入选中国青年化学家元素代言人(镍元素) ，于2020年获得IUPAC Young Polymer Scientist Award；于2020年入选国家杰出青年科学基金。彭慧胜复旦大学获奖文章：One-step Production of Continuous Supercapacitor Fibers for a Flexible Power TextileChinese Journal of Polymer Science，2019，8，737-743.个人简介：彭慧胜，复旦大学高分子科学系教授和系主任。他1999年获得东华大学高分子材料专业学士学位，2003年获得复旦大学高分子化学与物理专业硕士学位，2006年获得美国Tulane大学化学工程与生物分子工程专业博士学位，博士毕业后在美国Los Alamos国家实验室从事研究工作，2008年回到复旦大学先进材料实验室和高分子科学系工作至今。他主要在高分子纤维器件领域开展研究，在Nature等学术期刊上发表了300多篇论文，出版了2部关于高分子纤维器件的专著；获授权国内外发明专利79项，其中36项实现了转让转化；与一批中外企业合作，开发出系列纤维器件方向产品。作为第一完成人，获得国家自然科学二等奖。许华平清华大学获奖文章：含硫/硒动态共价键强弱的测定高分子学报，2020，2，205-213.个人简介：许华平，清华大学化学系教授。本科和博士均就读于吉林大学化学学院，导师为张希院士。2004年至2005年，在比利时鲁汶大学交流学习一年。2006年至2008年在荷兰Twente大学从事博士后研究。2008年后在清华大学化学系工作，2014年起为清华大学化学系教授。2011年获得“中国化学会青年化学奖”。2014年获国家自然科学基金委“杰出青年科学基金”资助。入选中组部“万人计划”青年拔尖人才和“万人计划”领军人才。2017年起担任美国化学会ACS Biomaterials Science & Engineering副主编。主要从事动态响应含硒/碲高分子的研究。三、中国化学会高分子青年学者奖（九名）雷霆北京大学获奖文章：共轭高分子的多级组装高分子学报，2019， 50(1)， 1-12.个人简介：雷霆，北京大学材料科学与工程学院研究员，博士生导师。于2008年和2013年在北京大学化学与分子工程学院获得学士和博士学位；2013-2018年在斯坦福大学化工系从事博士后研究。2018年3月加入北京大学担任课题组长开展科研工作。自独立工作以来，主要致力于有机高分子功能材料和柔性器件的研究，通过发展新型有机高分子半导体材料和离子电子混合导体材料，实现了有机高分子功能材料在有机热电器件和生物传感领域的应用，为发展高性能柔性生物电子器件提供了新材料和新方法。曾获得菁青化学新锐奖、北京市科技进步二等奖（排名第三）、教育部自然科学一等奖（排名第四）等。胡蓉蓉华南理工大学获奖文章：Aggregation-induced Emission-active Hyperbranched Poly(tetrahydro -pyrimidine)s Synthesized from Multicomponent Tandem PolymerizationChinese Journal of Polymer Science，2019, 37(4), 428-436.个人简介：胡蓉蓉，华南理工大学材料科学与工程学院教授、博士生导师。2007年于北京大学化学与分子工程学院获得学士学位；2011年于香港科技大学化学系获得博士学位；之后在香港科技大学化学系任研究助理；2014年加入华南理工大学开展科研工作。主要致力于高分子合成方法学研究，通过结合有机化学和高分子化学，发展了系列多组分聚合新反应，并合成了系列功能高分子材料，包括开发了炔的多组分聚合，合成了结构新颖、功能独特、富含杂原子的聚合物；提出了多组分串联聚合策略，高效构筑了序列可控高分子和聚芳杂环等；发展了单质硫的无催化多组分聚合，实现室温下从工业硫磺向含硫功能高分子的一步转化。获国家自然科学优秀青年科学基金和中国科协青年人才托举工程等项目资助，任Polymer Chemistry期刊副主编，获2019年中国化学会青年化学奖。王占华四川大学获奖文章：含双重动态键的可重加工及室温自修复聚氨酯弹性体高分子学报，2019, 50(5), 527-534.个人简介：王占华，四川大学副研究员，博士生导师。2002年-2011年就读于吉林大学化学学院，分别取得本科和博士学位，2012年-2016在美国南密西西比大学、克莱门森大学及荷兰瓦赫宁根大学从事博士后研究，2016年7月加入四川大学任副研究员开展研究工作，主要研究方向为动态高分子及其复合材料。发现了基于伯胺的脲键在大分子网络中的动态特征并发展了系列可自修复、重加工、降解回收的热固性聚脲及其复合材料。入选四川省天府峨眉计划特聘专家、四川省学术技术带头人后备人选及四川大学百人计划学者，博士论文提名2013年全国百篇优秀博士论文。张先宏北京化工大学获奖文章：Preparation of Ultralow Molecular Weight Poly(vinyl chloride) with Submicrometer Particles via Precipitation PolymerizationChinese Journal of Polymer Science，2019, 37(7), 646-653.个人简介：张先宏，北京化工大学材料科学与工程学院副教授。本科及博士毕业于北京化工大学材料科学与工程学院，2016-2018年，在北京化工大学化学与工程学院从事师资博士后研究工作。科研工作主要从事高性能聚合物材料的合成制备与应用开发，通过新型单体的结构设计与功能集成，进行聚合物材料的合成制备与性能调控。发展的氯乙烯沉淀聚合技术，为开发高性能和高附加值的聚氯乙烯系列产品具有重要的意义。王淑萌中国科学院长春应用化学研究所获奖文章：基于咔唑和3,3′-二甲基二苯醚共聚物主链的红光热活化延迟荧光聚合物的合成与表征高分子学报，2019, 50(7), 685-694.个人简介：王淑萌，中国科学院长春应用化学研究所副研究员。2010年于山东大学材料科学与工程学院获得理学学士学位，2016年于中国科学院大学获得理学博士学位，之后在中国科学院长春应用化学研究所高分子物理与化学国家重点实验室开展研究工作。主要致力于有机高分子印刷显示材料与器件的研究开发，发展了主链扭曲结构和主链非共轭结构两类高分子热活化延迟荧光材料的构建策略，开发出多层结构器件、无额外能量损失器件和激基复合物主体器件等高性能溶液加工器件结构，实现了高分子热活化延迟荧光材料外量子效率以及溶液加工器件功率效率的突破。2021年入选中国科学院青年创新促进会会员。成梦娇北京化工大学获奖文章：精准宏观超分子组装高分子学报，2020, 51(6), 598-608.个人简介：成梦娇，北京化工大学教授、博士生导师。2010年和2015年在北京化工大学分别获得学士学位和博士学位，获CSC-DAAD博士后奖学金(25人/年)资助后，赴德国明斯特大学从事博士后研究。主要从事精准宏观超分子组装的研究，面向高性能超分子材料的制备，提出了人工智能辅助的自纠错策略，解决了全自动精准组装的难题；发展了引力/斥力协同策略，实现了平行大规模精准组装；提出了磁场/超分子作用协同策略，实现了高精度组装，制备了高强高韧材料。曾获得国家自然科学基金委优秀青年科学基金、北京市科技新星计划等项目资助。任Supramolecular Materials期刊编委，中国生物工程学会青年工作委员会委员。鲍雨西南交通大学获奖文章：聚乙二醇生物相容性与结合水关系的单分子力谱研究高分子学报，2020, 51(7), 754-761.个人简介：鲍雨，西南交通大学机械工程学院讲师，硕士生导师。本科和博士分别于2010年与2015年毕业于西南交通大学材料科学与工程学院，2015-2017年在复旦大学高分子科学系开展博士后研究，随后加入西南交通大学。主要研究方向为单分子纳米力学，一直以来致力于以高分子主链本征弹性为基准，量化分子结构、键接方式、外界环境等因素对高分子单链力学行为的影响。从单分子层面解析了高分子结构与性质的关系，为合理设计和改性高分子提供了新思路。翟磊中国科学院化学研究所获奖文章：Thermal Expansion Behavior of Poly(amide-imide) Films with Ultrahigh Tensile Strength and Ultralow CTEChinese Journal of Polymer Science，2020, 38(7), 748-758.个人简介：翟磊，男，1985年生，中国科学院化学研究所副研究员。2007年毕业于青岛科技大学获得学士学位，2012年中国科学院化学研究所高分子化学与物理专业获得博士学位，2012~2017年于中海油研究总院任高级工程师、项目高级主管，2018年起在中国科学院化学研究所极端环境高分子材料重点实验室工作. 主要从事高性能聚酰亚胺材料的基础与应用研究，围绕柔性显示、电子、微电子、航空航天等应用需求与技术挑战，先后开展了透明、介电、膨胀、导热、粘接等功能性聚酰亚胺材料的结构与性能研究，建立了系统的分子设计、合成方法、制备工艺以及聚集态结构的调控规律，发展了聚酰亚胺溶液低黏化与低温酰亚胺化新方法. 以第一或通讯作者发表论文20余篇，获国家发明专利近20项，目前已与多家企业合作致力于专利成果的转化及技术产业化。李乙文四川大学获奖文章：Ultrasmall Nanoparticle ROS Scavengers Based on Polyhedral Oligomeric SilsesquioxanesChinese Journal of Polymer Science，2020, 38(11), 1149-1156.个人简介：李乙文，四川大学高分子科学与工程学院与高分子材料工程国家重点实验室研究员，博士生导师。分别在中国科学技术大学（2008）和美国阿克伦大学（2013）获得本科与博士学位，随后在美国加州大学圣地亚哥分校从事博士后研究。2016年加入四川大学开始独立研究工作，主要致力于人造黑色素材料和多酚功能材料的基础与转化研究，通过发展新的材料化学策略将黑色素的部分性能进行了有效提升，使之能在部分工业场景下逐步取代传统高黑度材料，自主设计并在川投产了首条黑色素材料生产线（10吨/年）。担任中国青年科协理事会理事，以及Giant, Chin. Chem. Lett.，《高等学校化学学报》（两刊）等杂志的（青年）编委。