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生物降解材料

生物降解塑料是指一类由自然界存在的微生物如细菌、霉菌(真菌)和藻类的作用而引起降解的塑料。理想的生物降解塑料是一种具有优良的使用性能、废弃后可被环境微生物完全分解、最终被无机化而成为自然界中碳素循环的一个组成部分的高分子材料?!爸健笔且恢值湫偷?a id="u329506750" target="_blank" >生物降解材料,而“合成塑料”则是典型的高分子材料。因此,生物降解塑料是兼有“纸”和“合成塑料”这两种材料性质的高分子材料。

定义

生物降解塑料又可分为完全生物降解塑料破坏性生物降解塑料两种。破坏性生物降解塑料当前主要包括淀粉改性(或填充)聚乙烯PE、聚丙烯PP、聚氯乙烯PVC、聚苯乙烯PS等。
完全生物降解塑料主要是由天然高分子(如淀粉、纤维素、甲壳质)或农副产品经微生物发酵或合成具有生物降解性的高分子制得,如热塑性淀粉塑料、脂肪族聚酯、聚乳酸、淀粉/聚乙烯醇等均属这类塑料。

以淀粉等天然物质为基础的生物降解塑料目前主要包括以下几种产品:聚乳酸(PLA)、聚羟基烷酸酯(PHA)、淀粉塑料、生物工程塑料、生物通用塑料(聚烯烃和聚氯乙烯)。

应用

生物降解塑料由于具有良好的降解性,主要用作食物软硬包装材料,这也是现阶段其最大的应用领域。
生物降解塑料主要的目标市场是塑料包装薄膜、农用薄膜、一次性塑料袋和一次性塑料餐具。相比传统塑料包装材料,新型降解材料成本稍高。但是随着环保意识的增强,人们愿意为?;せ肪扯褂眉鄹裆愿叩男滦徒到獠牧?,环保意识的增强给生物降解新材料行业带来了巨大的发展机遇。随着中国经济的发展,成功举办奥运会、世博会等多项震惊世界的大型活动,各世界文化遗产及国家级风景名胜所在地?;さ男枰?,塑料造成的环境污染问题愈发被重视,各级政府已将治理白色污染列为重点工作之一。
欧、美、日等发达国家和地区相继制订和出台了有关法规,通过局部禁用、限用、强制收集以及收取污染税等措施限制不可降解塑料的使用,大力发展生物降解新材料,以?;せ肪?、?;ね寥?,其中法国2005年即出台政策规定所有可拎一次性塑料袋在2010年后必须可生物降解。

同时,中国也陆续出台了多项政策鼓励生物降解塑料的应用和推广。2004年全国人大通过了《可再生能源法(草案)》和《固废法(修订)》,鼓励再生生物质能的利用和降解塑料的推广应用;2005年,国家发改委第40号文件明确鼓励生物降解塑料的使用和推广;2006年,国家发改委启动关于推广生物质生物降解材料发展的专项基金项目;2007年1月1日实施的《降解塑料的定义、分类、标识和降解性能要求》得到了欧洲、美国和日本等国的互认,为中国企业出口产品提供了便利。

分类

从原材料上分类,生物降解塑料至少有以下几种:
聚己内酯(PCL)
这种塑料具有良好的生物降解性,熔点是62℃。分解它的微生物广泛地分布在喜气或厌气条件下。作为可生物降解材料可把它与淀粉、纤维素类的材料混合在一起,或与乳酸聚合使用。
聚丁二酸丁二醇酯(PBS)及其共聚物
以PBS(熔点为114℃)为基础材料制造各种高分子量聚酯的技术已经达到工业化生产水平。日本三菱化学和昭和高分子公司已经开始工业化生产,规模在千吨左右。

中科院理化研究所也在进行聚丁二酸丁二醇酯共聚酯的合成研究。中科院理化研究所已经和山东汇盈公司合作建成了年产25000吨的PBS及其聚合物的生产线、广东金发公司建成了年产1000吨规模的生产线等。清华大学安庆和兴化工有限公司建成了年产10000吨PBS及其共聚物的生产线。

聚乳酸(PLA)
美国Natureworks公司在完善聚乳酸生产工艺方面做了积极有效的工作,开发了将玉米中的葡萄糖发酵制取聚乳酸,年生产能力已达1.4万吨。日本UNITIKA公司,研发和生产了许多种制品,其中帆布、托盘、餐具等在日本爱知世博会被广泛使用。
中国产业化的有浙江海生生物降解塑料股份有限公司(规模5000千吨/年生产线),正在中试的单位有上海同杰良生物材料有限公司、江苏九鼎集团等。
国外实现工业化生产的主要为美国和巴西等国。国内生产单位有天津国韵生物材料有限公司(规模1万吨/年)[2] 、宁波天安生物材料有限公司(规模2千吨/年),正在中试的单位有江苏南天集团股份有限公司等。
利用可再生资源得到的生物降解塑料,把脂肪族聚酯和淀粉混合在一起,生产可降解性塑料的技术也已经研究成功。在欧美国家,淀粉和脂肪族聚酯的共混物被广泛用来生产垃圾袋等产品。国际上规模最大、销售最好的是意大利的Novamont公司,其商品名为Mater-bi,公司的产品在欧洲和美国有较大量的应用。
国内研究和生产的单位很多,其中产业化的单位有武汉华丽科技有限公司(规模4万吨/年)、浙江华发生态科技有限公司(8千吨/年)、浙江天禾生态科技有限公司(5千吨/年)、福建百事达生物材料有限公司(规模2千吨/年)、肇庆华芳降解塑料有限公司(规模5千吨/年)等。
脂肪族芳香族共聚酯
德国BASF公司所制造的脂肪族芳香族无规共聚酯(Ecoflex),其单体为:己二酸、对苯二甲酸、1,4-丁二醇。生产能力在14万吨/年。同时开发了以聚酯和淀粉为主的生物降解塑料制品。
聚乙烯醇(PVA)类生物降解塑料
如意大利NOVMANT的MaterBi产品在上世纪90年代主要是在淀粉中加入PVA,它能吹膜,也能加工其它产品。聚乙烯醇类材料,需要经过一定的改性后方具有良好的生物降解性能,北京工商大学轻工业塑料加工应用研究所在这方面取得了一定成果。
二氧化碳共聚物
国外,最早研究二氧化碳共聚物的国家主要为日本和美国,但一直没有工业化生产。国内内蒙古蒙西集团公司采用长春应用化学研究所的技术,已建成年产3000吨二氧化碳/环氧化合物共聚物树脂的装置,产品主要应用在包装和医用材料上。中科院广州化学研究所陈立班博士开发的低分子量二氧化碳共聚物技术已在江苏泰兴开始投产,品种是低相对分子质量二氧化碳/环氧化合物共聚物,用来作为聚氨酯发泡材料的原材料,用于家用电器等的包装。河南天冠集团采用中山大学孟跃中教授的技术,已经建成中试规模的二氧化碳共聚物生产线,预计今年能中试生产。
其它如甲壳素、聚酰胺、聚天冬酸、聚糖、纤维素等均在研发之中。

聚-β-羟基丁酸酯(PHB)

从世界范围看,PHB及PHBV是公认的最有希望的生物降解塑料之一,也是正在开发的新产品。技术方的中试生产成本约40元人民币/公斤,工业化投产后产品的成本将会进一步降低,价格优势明显,尤其是技术方的生产工艺简单和设备简易,便 于推广并进行大规模生产。

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