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标 题: 21世纪的高分子化学展望--冯新德 2
发信站: 听涛站 (Tue Feb 6 20:33:35 2001), 转信
一是在生物领域内将运用化学原理与方法创造出新事物。化学的主要功能仍然是二个方
面：一是合成。在生物领域内最终目的是合成生命，而现在已经向合成细胞膜这方面挺
进；二是研究反应，研究生命活体内的化学反应，例如研究人体生物老化的化学机理，
人体衰老的化学过程，从而得到如何延缓与防止衰老的化学原理与方法。再例如研究脑
的化学功能，这属于生物化学反应。原来所谓分子生物学也就是用化学方法研究生物体
内的化学变化过程，但这名字还不够明确，因此现在提出应该更明确地叫做化学生物学
来代替不明确的分子生物学叫法。
二是在材料科学领域内化学将向三个方面挺进：一是创造新的功能高分子或称精细高分
子；二是创造出新的生物医用高分子或称高分子生物材料；三是合成新的药物。原本的
所谓材料科学一向对化学重视不够，原因是最早出现的材料科学主要是针对当时金属材
料的加工问题，因此半个世纪前主要由机械工程方面专家提出而成立的学科。当时材料
的主题是金属，因此不存在合成的问题。后来无机 瓷材料的� 现，逐渐出现有关合成
的问题，因此基本上一直将有机高分子材料排除在材料科学之外。５０年代以后，石油
化工大工业的兴起，特别是聚烯烃的大量合成以及它们的功能化发展，大量的高分子材
料成为材料科学中不可缺少的领域，也因此以合成起家而发展的高分子化学，不得不得
到应有的重视，为此而今应该突出发展重点，将所谓材料科学的今后重点突出称之为材
料化学，因此材料化学的中心内容也就首先包括上述三方面。
6.21世纪高分子化学展望之一：控制聚合与均匀高分子
据1998年统计全世界高分子产量为1.5亿吨，其中30％为包装材料，而聚α-烯烃又是其
中主要部分，可见聚乙烯与聚丙烯的研究与发展成为下世纪高分子化学展望的重要内容
。
关于高分子性能与加工应用，为了不同的加工应用可以按需要控制不同的分子量分布，
不同立构以及不同结晶度进行真正的分子设计，这几个方面的突破将是２１世纪高分子
化学的展望之一即控制聚合与均匀高分子。
7.21世纪高分子化学展望之二：绿色高分子与绿色反应
绿色高分子一词来自绿色化学与技术。90年代以来国际上针对某些化学工业对生态环境
的破坏，危害人民健康颇大，提出要消除污染，减少有害副产物，不用有机溶剂及液体
酸等，要处理废气、废水，包括白色污染（即白色塑料包装材料）的处理。绿色化学，
顾名思义就是环境无害或环境友好（Environmentally Friendly）化学，因此绿色高分
子包括高分子本身与如何应用及处理二个方面，举例如下。
一是聚乙烯包装袋问题。８０年代初人们用土埋法来观察能否降解，发现不能。于是有
人开始用淀粉与聚乙烯混合，滚压成膜，再埋在土里成为粉末状，认为聚乙烯已经生物
降解，于是各种不同的加工方法出现，制成所谓生物降解型聚乙烯。这里人们并没有从
化学角度来考虑Ｃ—Ｃ单键如何能断下来。一般土埋的降解是酶解，它的化学反应仍然
是水解，淀粉果然容易降解、酶解，聚乙烯只是成为细粉，作为农膜将留存在土里，累
积起来影响土质，对耕种大为不利。直到９０年代初高分子化学家才指出Ｃ—Ｃ键不能
酶解与水解，要断键除非光解及氧化，这是所谓环境友好处理的一个失误。有关这方面
问题可列表如下：
农膜与包装塑料生物
降解
校牛 淀粉
×
ＰＳ＋淀粉
×
ＰＶＡ
×
上列几类材料除非光解与氧化才能降解。
二是聚乙二 迹校牛系 问题。高分子量的 校牛 可以是结晶状及熔融状，在放置过程中
确能自动降解，但是从化学角度来看Ｃ—Ｏ—Ｃ键也是不能水解的，也就是不能生物降
解。ＰＥＯ、ＰＰＯ、ＰＴＨＦ之所以都能降解，是由于这些聚醚与氧接触很容易进行
氧合反应（Ｏｘｙｇｅｎａｔｉｏｎ）以及过氧化反应而成过氧化氢物，而后易分解，
这是从红外光谱证明分解产物中有羰基存在。低分子量的ＰＥＯ（５００～１０００）
都能溶于水，如果作为生物材料植入体内，不遇氧时可以排出体外，遇氧时则被氧合及
过氧化反应，再分解产生自由基，这对人体颇为不利。这又说明水溶性与生物降解是两
回事，并无必然联系。因此绿色高分子主要指环境活性高分子，即生物降解型高分子，
降解主要是水解反应，包括天然高分子与缩聚高分子，后者的水解难易有如下次序：酯
键 觉０ 键 景滨ゼ渲兄咀澹荆痉枷阕澹�
关于环境惰性高分子，也就是所谓非生物降解型高分子，从结构上来说包括：
（１）具有Ｃ—Ｃ键的高分子，如聚烯烃ＰＥ，ＰＰ，ＰＳ等以及其他加聚高分子，如
校停停粒� 校停停 ，ＰＡＮ等；
（２）具有杂原子键高分子，例如聚醚—Ｏ—，聚硫醚—Ｓ—，聚酰胺—ＮＨ—，聚硅
氧烷—Ｓｉ—等
目前市面上主要包装材料如下：
龋模校拧�
高密度聚乙烯
如牛奶瓶，洗涤瓶
ＰＳ
聚苯乙烯
各种塑料容器如饭盒
校牛�
涤纶
软饮料瓶
校停停�
有机玻璃
各种塑料制品
Ｎｙｌｏｎ６，６
尼龙６，６ ，
工程塑料汽车零件
对这些环境惰性高分子的废料垃圾处理是一大问题，处理不当仍然污染环境，讨论如下
。
一是土埋，这不是合适办法，既不能自动降解，又不易氧化，却占有大片土地。例如美
国纽约Ｓｔａｔｅｎ岛的垃圾堆高达２５０英尺，占地２３００英亩，估计有５００万
亿吨。
二是焚烧。主要目的是将垃圾转化为能量，对有机部分必须１００％转化，需要高压（
１０大气压～２０大气压）及高温（１０００℃～１２００℃），这也不是好办法。
三是再生与循环使用。以美国ＤｕＰｏｎｔ公司为例，它们已经成功地把几个主要品种
进行再生与循环使用。例如从聚乙烯制成再生聚 烯ＴＹＶＥＫ，已大量用于美国期刊
杂志的邮件包装袋。又例如 校牛裕ǎ校牛 遥牛裕牛牛 通过甲醇� 解转换成单体再缩
聚成再生材料，再如尼龙６６地毯，通过氨解得单体，再缩聚成工程塑料用作汽车身料
，再如 校停停量 重新转化为单体。如ＰＳ包装材� ，特别是一次性饭盒，可以用Ｂａ
Ｏ处理高温分解成单体再聚合。这些环境惰性高分子材料已有合理的再生循环使用办法
，既不应土埋、焚烧，也不该由于不是生物降解而不准使用作为一次性ＰＳ塑料饭盒。
通用绿色高分子：从实际应用前途来看主要有二个方面，一是聚羟基丁酸与聚羟基戊酸
，这是英国ＩＣＩ公司在８０年代已经试图工业生产的所谓“ＢＩＯＰＯＬ”，用纤维
素及糖类，通过细菌发酵得到３-羟基丁酸（ＨＢ）及３-羟基戊酸（ＨＶ），再进一步
聚合成高分子，所谓“ＢＩＯＰＯＬ”，意思是由生物技术而得的高分子，性能像聚丙
烯，但目前成本仍然较高，销量不大，但今后发展尚难定说。二是聚丙交酯，如能大量
生产成为通用高分子，可以正面解决目前造成所谓白色污染的ＰＥ包装材料与农膜等，
也是这几年的新进展。原料是玉米或甜菜，通过发酵成乳酸，而后用无溶剂聚合得聚乳
酸（ＰＬＡ）。美国Ｃａｒｇｉｌｌ公司名ＥｃｏＰＬＡ，１９９８年产量为４，００
０ｔ/ｙ，又增至８，０００ｔ/ｙ，今年计划扩大建成３５，０００ｔ/ａ大厂。日本有
四家较小公司，总产量不到２，０００ｔ/ａ。同时Ｄｏｗ公司与Ｃａｒｇｉｌｌ公司合
组公司，要在２００１年建成生产12.5万ｔ/ｙ大厂，价格要在0.35～0.65美元之间，而
且性能很好，光亮透明、耐热耐油—如ＰＳ，不透气性—如 校牛 ，能进行各种方法加
工，包括注射、纺丝、吹膜及挤压等热塑成型。由于ｄｌ及ｌ型比例不同，又分为
无定形、半结晶及结晶三种。这是很有前途的通用绿色高分子。
生物降解医用高分子：这属于精细高分子范畴，主要单体有三，即己内酯、丙交酯及乙
交酯，通过开环聚合或共聚合得各种医用材料。一是不用拆线的手术缝合线，为９０％
乙交酯与１０％丙交酯的共聚物。二是以聚丙交酯为主的骨折修复材料以及体内导管与
埋植材料。最近这类聚合物有更重要用途就是作为药物、激素、疫苗及基因控制释放体
系的载体材料，简单说来就是给药系统中的控制释放载体，它们的特点是材料能完全生
物降解，降解产物无毒性，它的优点可说明如下：
Ａ图（见图）表示每日３次服药，［D］为在血液中药的浓度，出现三个最高点，浓度位
于虚线之上为出现毒性；三个最低点，浓度位于虚线之下为药物无效，只有浓度在二条
虚线之间为有效浓度。可见一日三次服药不仅烦琐而且浪费，故药效低。如果能依Ｂ图
服药，［D］可维持长时间不变，即所谓的零级释放。理想的给药系统特点有二：一是长
效；二是恒速释放，浓度不变。这个长效与恒速释放的体系，在６０年代Ｄｏｗ公司用
硅橡胶做药物外壳，细长管状内装 ＮＧ女性避孕药作为皮下内植系统� 称之谓Ｎｏｒ
ｐｌａｎｔ，可以经年，但问题是不能自动降解，过后必须再动手术取出空囊。
虽然已经有研究表明聚己内酯与聚丙交酯以６０/４０比例的嵌段共聚物是多相体系，可
以作为恒速释放体系而且长效可近半年，但尚无应用研究出现。
目前国外药物控制释放的研究多半应用工业产品，如美国Ｍｅｄｉｓｏｒｂ，Ｂｉｒｍ
ｉ ｇｈａｍＰｏｌｙｍｅｒ（ＢＰＩ）及德国ＢｏｅｈｒｉｎｇｅｒＩｎｇｅｌｈ
ｅｉｍ，不外 校模 ＬＡ， 校 ＬＡ，ＰＧＡ及Ｐ（ＬＡ-co-ＧＡ），只有ＬＡ/ＧＡ自
８５/１５至５０燉５０比例，但没有表明是什么样的共聚物。进行不同药物在人体不同
部位医治，包括透皮、鼻腔、口服或直接注射，因此多半是短期而不是长效，极大部分
是医师而非化学家为主的研究，故长效的高分子材料的研究较少，对恒速的研究更少。
此外，对于水溶性药物，例如亲水性多肽药物则必需改变载体使之具有亲水性，目前较
好的办法有二：一是将ＰＬＡ引入亲水性端基，例如单糖或双糖；二是将ＬＡ与某一氨
基酸形成１∶１的环状二聚体，然后开环聚合，而得交替共聚物，在另一方面，ＭＩＴ
Ｈａｒｖａｒｄ药物研究所Ｒ．Ｌａｎｇｅｒ最近开展组织工程研究，用ＬＡ与Ｌｙ
ｓｉｎｅ（ 氨酸）１∶１形成环状单体，然后开环聚合，再在端部接上一个三肽如Ｒ
ＧＤ（Ａｒｇ-Ｇｌｙ-Ａｓｐａｒ），可用作仿生细胞膜的人工组织，即所谓组织工程
应用的高分子生物材料，又是一个很重要而有发展前途的方面。
绿色高分子合成中的绿色反应：包括几个主要内容，一是无副产物，二是对副产物作无
害处理，三是将反应条件改变为对环境无害，四是将催化剂改为对环境无害。对高分子
合成所用单体生产最常用的氧化反应与付氏反应分述如下：一是绿色氧化之一，即沸石
催化的光氧化反应。一般烷烃的氧化需要高温催化，而且从醇而醛而酸不易控制，因为
选择性差，因此如果要得醇或醛只能在低转化率范围内，故效率差，而且污染大。由此
可见，21世纪的绿色高分子以及有关绿色反应与工艺将发展迅速，并成为与人民健康密
切相关的重大课题。
(节选自高分子通报1999.03)
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※ 修改:．boat 于 Feb 6 20:34:15 修改本文．[FROM: 匿名天使的家]
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