塑料是一种合成材料(有机玻璃是什么材料)

塑料是一种重要的有机合成高分子材料，用途广泛。

但是废塑料造成的“白色污染”越来越严重。寻找其他材料制造塑料，解决塑料难以降解的问题，成为众多科研人员致力的课题之一。

超市商品的塑料包装

近日，中科院长春应用化学研究所研究员王先宏在接受《中国科学报》记者采访时表示，他们已经实现了二氧化碳基生物降解塑料的工业化生产。这意味着我们可以利用地球上常见且过剩的二氧化碳，而不是完全用石油来大规模制造塑料。

二氧化碳变成塑料的奥秘

这个研究从1997年开始，到现在已经走过了20个年头。“我们最终确认二氧化碳和环氧丙烷的共聚物是工业化程度最高的二氧化碳共聚物，因此我们将其命名为二氧化碳基塑料。”王先宏说。

二氧化碳塑料的制备原理并不难，即二氧化碳基生物降解塑料(PPC)的合成本质属于金属催化剂活性中心上的环氧丙烷交替开环反应和二氧化碳插入反应。那么，是什么让这项研究持续了20年？王先宏说，困扰科研人员的是如何开发高活性催化剂，合成高分子量的二氧化碳基塑料，并以低成本对其进行改性，使其达到最佳性能。

要解决这个问题，研究人员首先要解决PPC中聚醚含量过高会导致材料失去生物降解性的问题。要解决这个问题，需要保证产品具有足够高的交替结构，就像环氧单体的聚合活性明显高于二氧化碳一样。"因为二氧化碳在自然界是稳定的，很难被激活."王先宏补充道。

那么，如何让环氧单体的聚合活性与二氧化碳相当呢？研究人员使用高选择性催化剂，需要更严格的聚合条件。

第二个需要克服的困难是，虽然高分子量的PPC具有良好的熔体强度，是制备超薄膜的理想材料，但随着分子量的增加，聚合体系的粘度增加，然后分子量下降。因此，需要选择特殊的搅拌形式和聚合条件。

第三个难点是高性能生物降解地膜材料需要特殊的抗老化改性，但与目前塑料中常见的聚烯烃添加剂不同，成本高。

最终，通过长期的研发，王先宏带领研究团队开发出了合适的高热稳定性金属催化体系，不仅具有良好的选择性和催化效率，而且可以在工业规模上制备重均分子量超过50万的PPC，进一步提高了PPC的耐热性，能够满足当前市场对超薄膜的需求。同时，科研人员还对添加剂和成型设备进行了系统的研发，在保证PPC理化性能的前提下，大大降低了改性专用料的成本。

“基于二氧化碳和环氧丙烷共聚的基本原理，我们自始至终探索了在非均相和等催化体系中共聚的全过程，详细研究了二氧化碳共聚过程中的能量、质量和动量传递，研究了二氧化碳基塑料的结构和理化性能的控制方法。然后在中试和中试中优化反应条件，在中试的基础上与设计院紧密合作，通过合理的流程模拟和放大，完成万吨工艺。王先宏说。

瞄准农膜市场

在王先宏的记忆中，十有八九是在研究过程中遇到了不如意。在无数次的失败中，王先宏对成功的记忆尤为深刻。

“2004年4月，在孟茜一个吨级中试装置成功试运行三年后，世界第一次看到PPC可以工业化。虽然后期由于原料和产品的运输，没有在孟茜建立大规模的工业工厂，但是这个中试工厂让我们在漫长的PPC产业化道路上迈出了坚实的一步。”王先宏回忆道。

之后，研究团队经历了五年的试验和耐心等待。直到2009年6月，在南通华盛新材料公司实现了PPC的连续吹膜，并于2011年4月通过了美国生物降解塑料研究所(BPI)的认证，商标为PCO2R，成为全球第一个PPC的薄膜产品，为后续的超薄生物降解PPC地膜奠定了坚实的基础。

虽然取得了一些成绩，但王先宏仍然觉得这只是PPC产业化的一小步。他对现在的PPC工作不满意:一方面成本高；另一方面，PPC的分子量仍有待提高。由于PPC是一种无定形材料，改善其性能尤为重要。“我们希望将PPC的重均分子量提高到100万以上”。

“科研不应该过分追求短期目标，而应该有一个长远的发展规划。同时，科研也要允许一定阶段的失败和重复。我很感谢中科院的科研系统能包容我们的失败。”王先宏说。

现在，PPC终于实现了量产，产能达到了5万吨/年。就目前的实验来看，PPC即使做成5~6微米的超薄膜，仍然具有优异的空气体和水蒸气阻隔性。所以王先宏瞄准的是农用地膜领域，因为“这是一个150万吨/年消费量的刚需市场”。

王先宏表示，如果PPC进入人们的日常生活，最有可能出现在快递包装、胶带等一次性薄膜中，只是时间会稍微长一点。预计普及需要10到20年。

“这主要是由于目前单线生产规模只有2万吨，远低于聚烯烃的百万吨，成本仍比聚烯烃低50%以上，缺乏竞争力。要想大规模推广，短期内要做好生物降解塑料的宣传，同时国家在政策上也要继续支持。尽快扩大生产规模、降低成本、开拓合适的应用市场仍是当务之急。”王先宏补充道。

塑料是一种重要的有机合成高分子材料，用途广泛。

但是废塑料造成的“白色污染”越来越严重。寻找其他材料制造塑料，解决塑料难以降解的问题，成为众多科研人员致力的课题之一。

超市商品的塑料包装

近日，中科院长春应用化学研究所研究员王先宏在接受《中国科学报》记者采访时表示，他们已经实现了二氧化碳基生物降解塑料的工业化生产。这意味着我们可以利用地球上常见且过剩的二氧化碳，而不是完全用石油来大规模制造塑料。

二氧化碳变成塑料的奥秘

这个研究从1997年开始，到现在已经走过了20个年头。“我们最终确认二氧化碳和环氧丙烷的共聚物是工业化程度最高的二氧化碳共聚物，因此我们将其命名为二氧化碳基塑料。”王先宏说。

二氧化碳塑料的制备原理并不难，即二氧化碳基生物降解塑料(PPC)的合成本质属于金属催化剂活性中心上的环氧丙烷交替开环反应和二氧化碳插入反应。那么，是什么让这项研究持续了20年？王先宏说，困扰科研人员的是如何开发高活性催化剂，合成高分子量的二氧化碳基塑料，并以低成本对其进行改性，使其达到最佳性能。

要解决这个问题，研究人员首先要解决PPC中聚醚含量过高会导致材料失去生物降解性的问题。要解决这个问题，需要保证产品具有足够高的交替结构，就像环氧单体的聚合活性明显高于二氧化碳一样。"因为二氧化碳在自然界是稳定的，很难被激活."王先宏补充道。

那么，如何让环氧单体的聚合活性与二氧化碳相当呢？研究人员使用高选择性催化剂，需要更严格的聚合条件。

第二个需要克服的困难是，虽然高分子量的PPC具有良好的熔体强度，是制备超薄膜的理想材料，但随着分子量的增加，聚合体系的粘度增加，然后分子量下降。因此，需要选择特殊的搅拌形式和聚合条件。

第三个难点是高性能生物降解地膜材料需要特殊的抗老化改性，但与目前塑料中常见的聚烯烃添加剂不同，成本高。

最终，通过长期的研发，王先宏带领研究团队开发出了合适的高热稳定性金属催化体系，不仅具有良好的选择性和催化效率，而且可以在工业规模上制备重均分子量超过50万的PPC，进一步提高了PPC的耐热性，能够满足当前市场对超薄膜的需求。同时，科研人员还对添加剂和成型设备进行了系统的研发，在保证PPC理化性能的前提下，大大降低了改性专用料的成本。

“基于二氧化碳和环氧丙烷共聚的基本原理，我们自始至终探索了在非均相和等催化体系中共聚的全过程，详细研究了二氧化碳共聚过程中的能量、质量和动量传递，研究了二氧化碳基塑料的结构和理化性能的控制方法。然后在中试和中试中优化反应条件，在中试的基础上与设计院紧密合作，通过合理的流程模拟和放大，完成万吨工艺。王先宏说。

瞄准农膜市场

在王先宏的记忆中，十有八九是在研究过程中遇到了不如意。在无数次的失败中，王先宏对成功的记忆尤为深刻。

“2004年4月，在孟茜一个吨级中试装置成功试运行三年后，世界第一次看到PPC可以工业化。虽然后期由于原料和产品的运输，没有在孟茜建立大规模的工业工厂，但是这个中试工厂让我们在漫长的PPC产业化道路上迈出了坚实的一步。”王先宏回忆道。

之后，研究团队经历了五年的试验和耐心等待。直到2009年6月，在南通华盛新材料公司实现了PPC的连续吹膜，并于2011年4月通过了美国生物降解塑料研究所(BPI)的认证，商标为PCO2R，成为全球第一个PPC的薄膜产品，为后续的超薄生物降解PPC地膜奠定了坚实的基础。

虽然取得了一些成绩，但王先宏仍然觉得这只是PPC产业化的一小步。他对现在的PPC工作不满意:一方面成本高；另一方面，PPC的分子量仍有待提高。由于PPC是一种无定形材料，改善其性能尤为重要。“我们希望将PPC的重均分子量提高到100万以上”。

“科研不应该过分追求短期目标，而应该有一个长远的发展规划。同时，科研也要允许一定阶段的失败和重复。我很感谢中科院的科研系统能包容我们的失败。”王先宏说。

现在，PPC终于实现了量产，产能达到了5万吨/年。就目前的实验来看，PPC即使做成5~6微米的超薄膜，仍然具有优异的空气体和水蒸气阻隔性。所以王先宏瞄准的是农用地膜领域，因为“这是一个150万吨/年消费量的刚需市场”。

王先宏表示，如果PPC进入人们的日常生活，最有可能出现在快递包装、胶带等一次性薄膜中，只是时间会稍微长一点。预计普及需要10到20年。

“这主要是由于目前单线生产规模只有2万吨，远低于聚烯烃的百万吨，成本仍比聚烯烃低50%以上，缺乏竞争力。要想大规模推广，短期内要做好生物降解塑料的宣传，同时国家在政策上也要继续支持。尽快扩大生产规模、降低成本、开拓合适的应用市场仍是当务之急。”王宪宏补充道