高分子材料以高分子化合物为基体,在结构上由许多相同的结构单元以重复的方式连接而成。防护新冠病毒中常用到的高分子材料按聚合方式的不同进行分类,如表1 所示。此次课结合科学防疫中涉及到的高分子材料介绍其制备原理,并将其应用到高聚物生产技术的课程当中,使学生在学习基础理论的基础上,与实际生活相结合进一步加深理解。
(一)讲解聚丙烯、聚乙烯在防护新冠病毒中的应用
新型冠状病毒主要通过呼吸道飞沫传播和接触传播,口罩可通过过滤气流达到防护的作用,因此佩戴口罩成为防控新冠病毒最直接有效的方法之一。医用口罩主要使用高分子材料无纺布制得,一般为三层结构,简称为SMS (spunbond/meltblom/spunbond)结构(图 1)。该结构外层和内层均为聚丙烯(polypropylene,PP)纺粘无纺布(S 层),分别具有阻断液体、亲肤吸湿的作用。口罩中最重要是中间层 PP 熔喷无纺布(M 层),纤维直径在 2 μm 左右,纤网结构细密,具有比表面积大、孔隙率高、空气阻力低等优点,被广泛应用于空气过滤领域。通过驻极工艺处理后带有静电,具有吸附颗粒物的作用,对阻断细菌、血液渗透起着至关重要的作用。此外,医用的防护帽、隔离衣和防护服也都是用由高分子材料 PP 无纺布制备。聚乙烯(polyethylene,PE)产品在抗疫过程中也被广泛应用,如用于针帽、注射器推杆、输液瓶、输液袋、输液器流量调节器以及薄膜手套等。
(二)讲解聚氯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯在防护新冠病毒中的应用
医用塑料也是这场战疫中不可或缺的重要一员,由于要与药液或人体直接接触,其基本要求是具有化学稳定性和生物安全性[8]。聚氯乙烯(polyvinyl chloride,PVC)主要因其成本较低和加工方便,在医用塑料中用量很大,如手套、注射针管、呼吸面罩、血液透析管路、吸氧管等。快速建成的火神山、雷神山医院,地板使用 PVC 塑胶地板,干净、整洁、轻薄耐磨,具有高弹性,而且绿色环保,抗冲击、耐腐蚀、防火防滑阻燃。PVC,单体是氯乙烯,结构式 CH2=CHCl。PVC 是单体氯乙烯在有机过氧化物、偶氮化合物等引发剂作用下通过自由基聚合反应机理得到的聚合物。在讲述 PVC 自由基聚合的反应过程中,一个重要的特点是形成大分子不是通过常规的双基终止方式形成,而是主要基于向单体氯乙烯转移的链转移反应为主;而向单体转移的链转移常数只与温度有关,因此,聚氯乙烯的分子量由温度决定。除 PVC 外,聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate,PMMA)也是常见的一种高分子材料,俗称亚克力或有机玻璃,主要应用于护目镜的镜片上,这种材质的镜片轻便不易碎,而且容易成型,可以做成异形结构,满足不同需求。PMMA,是单体甲基丙烯酸甲酯通过自由基聚合反应得到的聚合物,需要注意的一点是聚甲基丙烯酸甲酯的链终止方式是以双基歧化终止为主。
(三)本次课堂总结
在本次抗击新型冠状病毒的战役中,高分子材料发挥着非常重要的作用。随着科学的进步和社会的发展,高分子材料在不同领域获得了更加广泛的应用,逐渐替代传统的玻璃、金属等传统材料成为新的通用材料,随着科学技术的革新,高分子材料将有更多特殊性能被应用在实际生产建设当中,发挥更大的作用。
高聚物生产技术课程作为应用化工技术等专业的专业基础课,在课堂教学中通过穿插介绍防护新冠病毒实际应用的高分子材料及其聚合原理,使学生学习基础理论和基本原理的基础上,充分认识高分子与我们的生活和国民经济的密切关系,从而调动学生的积极性和主动性,激发学生的学习兴趣。
——陈艳君 高聚物生产技术




