高分子材料(macromolecule)是由小單元作為基本單元，大量重復(fù)連接而組成的高分子化合物，又稱為聚合物(polymer)。這些小分子在聚合過程中，會以共價鍵結(jié)合而成，結(jié)構(gòu)十分穩(wěn)定，由此形成的化合物性能也十分穩(wěn)定。高分子材料被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。[1] 按來源分為天然高分子材料、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，如蠶絲、棉、麻、毛、玻璃、橡膠、纖維、塑料、高分子膠粘劑、高分子涂料和高分子基復(fù)合材料等。[2]

圖1.生活中的高分子材料

高分子材料一般是通過聚合反應(yīng)合成。聚合反應(yīng)按照反應(yīng)類別可以分為加聚反應(yīng)與縮聚反應(yīng)。縮聚反應(yīng)通常是指多官能團(tuán)單體之間發(fā)生多次縮合，同時放出水、醇、氨或氯化氫等低分子副產(chǎn)物的反應(yīng)，所得聚合物稱縮聚物。加聚反應(yīng)是指 α-烯烴、共軛雙烯和乙烯類單體等通過相互加成形成聚合物的反應(yīng)，所得聚合物稱加聚物，該反應(yīng)過程中并不放出低分子副產(chǎn)物，因而加聚物的化學(xué)組成和起始的單體相同。我們平時常見的各種塑料如聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)，合成橡膠如丁苯橡膠、氯丁橡膠，合成纖維如滌綸、晴綸等都是通過聚合反應(yīng)生成的。

圖2.聚合反應(yīng)示意圖

我國在高分子材料的開發(fā)和綜合利用雖起步較晚，但高分子材料為我國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)做出了重要的貢獻(xiàn)，已建立了完善的高分子材料的研究、開發(fā)和生產(chǎn)體系，取得了進(jìn)步。[3]但是，目前，在生產(chǎn)高分子材料時所使用的反應(yīng)器多為間歇式反應(yīng)器，由于反應(yīng)釜傳熱與傳質(zhì)效率的限制，存在著工藝安全問題：

1.聚合原料具有自聚與燃爆的危險。

2.若反應(yīng)過程熱量不能及時移除，隨物料溫度上升，會發(fā)生裂解與爆聚，產(chǎn)生的熱量又會使裂解與爆聚過程進(jìn)一步加劇，進(jìn)而可能引發(fā)反應(yīng)器爆炸。

3.部分聚合助劑危險性也較大。

由于連續(xù)流動態(tài)管反應(yīng)器具有高效的混合效率、極強(qiáng)的換熱能力以及極窄的停留時間分布，從而不但能夠?qū)崿F(xiàn)反應(yīng)物料的瞬間混合，還能夠?qū)囟取毫头磻?yīng)時間等反應(yīng)工藝參數(shù)實現(xiàn)精確調(diào)控，極大的降低其安全隱患。同時，基于連續(xù)化，產(chǎn)品之間批次概念逐漸得到淡化，降低了批次之間產(chǎn)品質(zhì)量波動。[4]

另外，傳統(tǒng)的工藝放大的基本過程一般都是：小試-中試-大生產(chǎn)。在小試工藝放大時，因為大生產(chǎn)裝置與小試裝置存在傳熱、傳質(zhì)效果差異等問題，所以通常都需要合理調(diào)節(jié)工藝參數(shù)。在利用連續(xù)流技術(shù)實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)時，避免了間歇式反應(yīng)器的放大難題，研發(fā)人員可在短時間內(nèi)完成對反應(yīng)條件的優(yōu)化，在節(jié)約科研費用的同時，也極大地節(jié)省了產(chǎn)品與工藝研發(fā)所需要的時間，從而大幅縮短了研發(fā)周期。[4]

因此，利用連續(xù)流反應(yīng)器進(jìn)行合成生產(chǎn)高分子材料具有很大的應(yīng)用前景。

[1]鄭翔宇.高分子材料在化學(xué)工業(yè)中的應(yīng)用——評《高分子化學(xué)》(第三版)[J].化學(xué)工程,2024,52(04):95.

[2]丁會利，袁金鳳，鐘國倫等 . 高分子材料及應(yīng)用[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社，2012

[3]姚雨辰.高分子復(fù)合材料應(yīng)用及研究現(xiàn)狀分析[J].合成材料老化與應(yīng)用,2015,44(04):119-121.

[4]喬宇.偶氮染料微通道連續(xù)流合成工藝及其生產(chǎn)廢水處理技術(shù)的研究[D].上海師范大學(xué),2022.