聚酯的可持续生产

1 可持续发展的必要性

当前的科技、社会和经济现象(包括环境、废物处理、不可再生资源的消耗、原油价格波动或枯竭等)，促使科研人员不断研究如何开发高分子材料作为可再生资源替代品，以改变现状。21世纪，可再生材料已具备制造复杂聚合物及其单体的潜力，从而替代石油化工原料。

蒋大伟发疯地开着车子，越过一辆辆同行的车辆。车内，郑馨忍不住地：你别那么快！我可不想死在车里头！蒋大伟像根本没听见，车子照样在道路上飞奔。车子开到一条直行的公路上，蒋大伟又加快了速度。郑馨在车里被颠得跳了起来，她像在喊着什么，蒋大伟却听而不闻。突然，车兜里的手机响了起来，蒋大伟习惯地拿起手机，手机里传来蒋母的声音：儿子！是你吗？蒋大伟一愣，急忙：妈，是……我。蒋母的声音：你好吗？蒋大伟：我……很好。手机挂断了，蒋大伟一个急刹车，车子停在了路边。他趴在方向盘上大哭起来。

2 可持续性服装领域中的聚酯

聚酯是可再生资源中最有前途的聚合物家族成员之一。聚酯包含多种具有不同单体结构和性质的材料，广泛应用于瓶子、胶片及录音带等领域。目前，使用可再生资源合成聚合物已有大量研究。聚酯性能可部分甚至完全从自然资源中获得，并呈稳步增长态势。由可再生资源合成的聚酯与石油原料制备而成的树脂性能相似，但仍存在一个重要问题，即目前利用可再生资源制得聚酯的成本要高于石油基聚酯的合成成本。原因是当前高成本的生物基化学品仅用于制备聚酯的原材料。改善这一困境的办法为完全使用生物基化学品来替代。目前，众多生物基化学品都有可能成为聚酯生产的原材料，如糖及其衍生物、植物油、有机酸、甘油、软木脂及角质等。

2.1 生物基聚合物

目前已有一些生物基聚酯衍生物成功投入商业应用的例子，如聚乳酸(PLA)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚丁二酸丁二醇酯己二酸(PBSA)和2,5-呋喃二甲酸乙二醇酯(PEF)。糖类、木质素、油和蛋白质等生物组分可进行一系列转化，用作制备可持续聚合物的可再生化学原料。

通常，按天然高分子生物来源划分，生物质衍生单体可分为4类:

——富氧单体，如羧酸、多元醇、二氢二醇和呋喃；

记录围手术期资料。采用视觉疼痛模拟评分（VAS）［6］、Oswestry 功能障碍指数（ODI）［7］、日本骨科学会评分 （JOA）［8］和改良 MacNab［9］标准评价临床疗效。术前、术后1年行腰椎MR检查，责任椎间盘退变程度按Pfirrmann分级进行评价。

芳香族聚酯类化合物是研究和使用最多的产品。由于其具有较高的性能，且相对分子质量大、熔点和玻璃化转变温度高，从而占据了较高的市场份额。芳香聚酯类化合物是以化石基为原料，通常情况下难以降解及被生物分解。

——烯类单体，如生物乙烯、生物丙烯、生物异戊二烯和生物丁烯；

——非烃类单体，如二氧化碳和一氧化碳。

2.2 脂肪族基聚酯

脂肪族单体，如多糖，特别是纤维素(植物中含量最高的部分)，由于其良好的生物相容性和生物可降解性，被认为是生产可持续化学品最重要的原料，尤其在生物医药领域，具有重要的应用前景。如由糖类制得的脂肪族二羧酸，包括丁二酸(SA)、反丁烯二酸(FA)和衣康酸(IA)(图1)。SA的发酵是利用二氧化碳将基质转化为产品，因此生产过程特别环保。虽然发酵过程有益于环境，但其生产工艺还有待进一步优化，如还需进一步改善发酵产品的分离和纯化工艺。

  

图1 生产聚酯用酸的化学结构式

2.3 酸衍生物聚酯

聚羟基脂肪酸酯(PHAs)是一类由多种微生物合成的，可用作存储材料的聚合物，已被确定为是常规烃类聚合物最有前途的一种替代品。PHAs应用于塑料、印刷、感光材料、药物、医用填埋材料、药物载体和营养补充剂等领域。在所有受关注的植物油中，从蓖麻油中提取的蓖麻酸，由于其具有双重功能的特性而地位特殊。利用蓖麻酸生产均聚酯较少见。生产脂肪族聚酯的其他单体中，另一受关注的物质是软木脂和角质。

此外，还有许多底物可用于生产CA，如菜籽油、玉米芯和啤酒酒渣等。大多数常见的油都含有脂肪酸，其链长度为12～22个碳原子，每条分子链有0～3个双键。此外，一些油还具有脂肪酸之外的其他功能，即羟基环氧基出现在碳链上的不同位置。目前植物油主要用于生物柴油生产，但由于其用途广泛，可生物降解，价格低廉，因此，被认为具有巨大应用前景，可用作单体和聚合物合成的原料。大豆、玉米、桐油、亚麻籽油和蓖麻油是最常用的植物油，均可用于制备单体和聚合物(图2)。

  

图2 乳酸的开环聚合

2.4 芳香族聚酯

芳香族单体，如碳水化合物和木质素，是植物中第二丰富的成分，也是公认的可持续化学品的主要原料，可用于生产2,5-呋喃酸(FDCA)和香草酸(VA)。木质素是一种聚合物，它在所有维管植物中扮演着基质的角色，其周围为半纤维素和纤维素。木质素是由三种基本的单木结构(香豆醇、松柏醇和芥子醇)生物合成而得，以不同的方式结合在一起，生成一种非晶态的、交联结构的芳烃化合物，可作为高分子材料及酚醛单体的来源(图3)。

  

图3 糖转化为芳香族单体

——富烃类单体，包括植物油、脂肪酸、萜烯、萜类化合物和树脂酸；

人们在芳香聚酯领域投入了大量精力，如：

——用可再生原料取代石油化工产品，并提高其吸引力;

以糖二醇基聚酯为单体合成的聚酯因具有独特的性能，如刚性、手性、无毒性和可再生性等而备受关注。异山梨酯及其异构体可直接用于制备玻璃化转变温度高和/或具有特殊光学性质的聚酯。

2.5 脂肪族聚酯

本文通过问卷方式获取数据，最终得到697个样本。样本筛选标准:一是根据GEM对新创企业的界定标准，选择成立时间在42个月内的企业;二是剔除了没有创新投入的样本;三是剔除了缺失量大的样本。

2.6 聚羟基脂肪酸族聚酯

IA是一种不饱和的二羧酸，于1837年在柠檬酸(CA)的热分解过程中首次被发现。IA可通过一种酶对糖进行发酵而制得，并已被证明是利用微生物的一种最有效的方式。IA产量的多少依赖于发酵底物，其中以纯葡萄糖为发酵底物获得的产量最高。但纯葡萄糖价格昂贵，对其他的糖类来源，如淀粉、糖蜜和玉米糖浆水解物、木材，及这些成分的混合物也进行过试验。CA分子中有3个羧基和1个叔羟基，通常由植物和动物的代谢产物形成。工业上CA是用黑曲霉菌株发酵而制成的。

2.7 糖二醇基聚酯

——对其进行改性而使之可化学降解或生物降解。

可生物降解或部分可再生的芳香类聚酯的商业化，有助于促进工业领域的创新。可降解的聚酯的熔融温度为110～120 ℃，具有良好的力学性能和热稳定性，应用于多个领域，如农业领域，用作保鲜膜或涂层；卫生领域的包装和透气膜。虽然这些都是市场上常见的可再生及可循环利用的聚酯材料，但其面临的主要挑战是，生产中需使用可再生资源，并应寻求简单的、更环保的合成方法，而避免使用危险和有毒物质。如可采用的一种方法是，通过使用毒性较低的催化剂(如钛基路易斯酸催化剂)取代生产聚酯时常用的高效酯交换锑类催化剂。然而，在聚酯合成中，这些催化效率低的催化剂的利用仍受到限制，因为若要达到较高的转化率和相对分子质量，需要高温及减压操作。

由于烷烃二醇可由价格低廉的可再生资源制得，因此，由烷烃二醇的缩聚反应制备脂肪族聚酯具有可行性。脂肪族聚酯的生物降解能力较受关注，因为只有这类聚酯的降解速率可控制在合理的时间范围内。由于其生物降解特性及与生物组织间良好的生物相容性，脂肪族聚酯主要用于短期包装用品，生物医学上主要应用于填埋剂、缝合线及药物封装。

3 可行性

对非磁性物质，μj=1，在kj均为虚数时，简化(1)式以便计算.众所周知，在柱坐标系(r,θ,z)中对亥姆霍兹方程分离变量，可得与r有关的贝塞尔方程.设赫兹矢量在波导轴线方向分量大小为Πz[14]，从贝塞尔方程解出的函数实际上是Πz依赖于径向坐标r的部分，下文中就用R(r)代表.我们所讨论的情况中所有kj均为虚数，此时，R(r)所满足的方程为修正贝塞尔方程，其解为第一、第二类修正贝塞尔函数的叠加，叠加系数由边值关系及初始条件确定.需要注意的是，修正贝塞尔函数中的变量为实数，所以需要去掉kj的虚数单位i，即取虚部[12]，记为电磁波本征模的场量实际上是由Πz与场量的关系求出的[14]：

上述领域的研发工作道路漫长，经济因素(如成本竞争力)也阻碍了可再生聚酯的发展。由于目前可再生的化学物质很难与石油化学制品竞争，因此短期内有两种方法刺激可再生聚酯的增长。

——在石油基聚酯的基础上开发生物基聚酯；

——逐渐用可再生的同系物取代石油基同系物。

包括地板和屋顶在内的水平构件大多用水泥板或现浇混凝土的方式建造。地板上往往会根据尺寸铺上涂有耐腐蚀面层的地砖。屋顶一般是带有5%排水坡度的平屋顶，在满足荷载的情况下，处理时较简单经济。屋顶在颜色选择上比较考究，往往会用天蓝、黄、白和粉红等浅色系，以最大限度地反射灼热的阳光。

综上，在化学工业中使用生物质原料虽然规模很小，但已具有可行性。尽管如此，对先进塑料持续飞涨的消耗需求，无疑会促使聚酯生产由石油基聚酯向可持续及可再生聚酯稳步转变。因此，在全球范围内，作为石油制品(如聚丙烯、聚乙烯和聚酯等)优良替代品的可再生聚酯，备受可持续发展关注，也必将会继续蓬勃发展。

4 结论

尽管生产聚酯有很多不同的、更加可持续的方法，但由于传统生产方法具有良好经济效益且应用广泛，同时聚酯新制备技术除创新技术人员外，行业内其他人员并未关注，所以其可持续生产方法在行业内进展缓慢。因此，期望这些新技术能被研究透彻，并得到广泛宣传。

吉林省有着独特的民族文化资源。吉林省有48个少数民族，其中朝鲜族、满族、蒙古族和回族是主要的少数民族。许多少数民族的风俗传统已经成为冰雪文化的重要组成部分：延吉长白山国际冰雪旅游节将冰雪产业与朝鲜族特色饮食、歌舞表演、民俗传统活动紧密结合起来；松原的查干湖冰雪渔猎文化节将冰雪与蒙古族渔猎文化和饮食文化结合在一起。此外，吉林省还有着丰富的人文历史资源，如长春伪满皇宫、集安高句丽古迹、农安辽金古塔等，也为冰雪产业发展起到重要补充。

如综合性学习《孝亲敬老，从我做起》《倡导低碳生活》等，都可以开展图文并茂的手抄报比赛，培养学生的想象力和创造力。