连续流技术在合成高分子材料方向的应用展望

高分子材料(macromolecule)是由小单元作为基本单元，大量重复连接而组成的高分子化合物，又称为聚合物(polymer)。这些小分子在聚合过程中，会以共价键结合而成，结构十分稳定，由此形成的化合物性能也十分稳定。高分子材料被广泛应用于工业生产领域。[1] 按来源分为天然高分子材料、合成高分子材料、半合成高分子材料。生活中的高分子材料很多，如蚕丝、棉、麻、毛、玻璃、橡胶、纤维、塑料、高分子胶粘剂、高分子涂料和高分子基复合材料等。[2]

图1.生活中的高分子材料

高分子材料一般是通过聚合反应合成。聚合反应按照反应类别可以分为加聚反应与缩聚反应。缩聚反应通常是指多官能团单体之间发生多次缩合，同时放出水、醇、氨或氯化氢等低分子副产物的反应，所得聚合物称缩聚物。加聚反应是指 α-烯烃、共轭双烯和乙烯类单体等通过相互加成形成聚合物的反应，所得聚合物称加聚物，该反应过程中并不放出低分子副产物，因而加聚物的化学组成和起始的单体相同。我们平时常见的各种塑料如聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)，合成橡胶如丁苯橡胶、氯丁橡胶，合成纤维如涤纶、晴纶等都是通过聚合反应生成的。

图2.聚合反应示意图

我国在高分子材料的开发和综合利用虽起步较晚，但高分子材料为我国的经济建设做出了重要的贡献，已建立了完善的高分子材料的研究、开发和生产体系，取得了进步。[3]但是，目前，在生产高分子材料时所使用的反应器多为间歇式反应器，由于反应釜传热与传质效率的限制，存在着工艺安全问题：

1.聚合原料具有自聚与燃爆的危险。

2.若反应过程热量不能及时移除，随物料温度上升，会发生裂解与爆聚，产生的热量又会使裂解与爆聚过程进一步加剧，进而可能引发反应器爆炸。

3.部分聚合助剂危险性也较大。

由于连续流动态管反应器具有高效的混合效率、极强的换热能力以及极窄的停留时间分布，从而不但能够实现反应物料的瞬间混合，还能够对温度、压力和反应时间等反应工艺参数实现精确调控，极大的降低其安全隐患。同时，基于连续化，产品之间批次概念逐渐得到淡化，降低了批次之间产品质量波动。[4]

另外，传统的工艺放大的基本过程一般都是：小试-中试-大生产。在小试工艺放大时，因为大生产装置与小试装置存在传热、传质效果差异等问题，所以通常都需要合理调节工艺参数。在利用连续流技术实现工业生产时，避免了间歇式反应器的放大难题，研发人员可在短时间内完成对反应条件的优化，在节约科研费用的同时，也极大地节省了产品与工艺研发所需要的时间，从而大幅缩短了研发周期。[4]

因此，利用连续流反应器进行合成生产高分子材料具有很大的应用前景。

[1]郑翔宇.高分子材料在化学工业中的应用——评《高分子化学》(第三版)[J].化学工程,2024,52(04):95.

[2]丁会利，袁金凤，钟国伦等 . 高分子材料及应用[M]. 北京: 化学工业出版社，2012

[3]姚雨辰.高分子复合材料应用及研究现状分析[J].合成材料老化与应用,2015,44(04):119-121.

[4]乔宇.偶氮染料微通道连续流合成工艺及其生产废水处理技术的研究[D].上海师范大学,2022.