可降解塑料的应用现状和发展趋势 界塑料总产m:已超过1.7亿吨，城市固体废弃物中塑料的质m:分数已超过1007c，发展可降解塑料 能减少自色污染，具有撤著的经济效益和社会效益。木文重点阐述了可降解塑料国外研发和生产的 近况，以及可降解塑料在我国的发展现状和展望。 可降解朔料现状展望 目前降解塑料的研制少卜发}一分活跃，并部分进 入工业化生产。从总体上看，当前降解塑料仍处于 有待于对技术进行更深入研究、提高性能、降低成 本、拓宽用途并逐渐推向市场的阶段。现生产降解 塑料的国家有美国、意大利、德国、加拿大、日本、中 国等。 近年米，在发达国家以xx生物降解塑料的研 发最为活跃，据报道，1998年全世界xx生物降解 塑料年产量约为3力一吨，到2001年，美国、酉欧、日 本等的产量己增加到7力一吨左右。目前国外的降解 产品主要是xx生物降解塑料，这仍将是今后中长 期的产业发展方向。 降解塑料按其降解机理主要分为光降解塑料、 生物降解塑料和光一生物双降解塑料。 目前，国外己采用的光降解技术有合成型和添 加型两种。前者是在烯烃聚合物主链上引入光敏基 团，后者是在聚合物中添加有光敏作用的化学助 剂。现对乙烯共聚物类光降解聚合物研究得最多。 聚乙烯降解成分子量低于500的低聚物后，可被十 壤中的微生物吸收降解，具有较好的环境安全性。 美国杜邦、陶氏化学、德国拜耳等公司和加拿大多伦 多大学都己利用该技术实现了工业化生产。 微生物合成高分子聚合物是由生物发酵方法制 得的一类材料，主要包括微生物聚酷和微生物多糖， 其中以前者研究较多。 化学合成型材料大多是在分子结构中引入酷基 结构的脂肪族聚酷，在自然界中其酷基易被微生物 或酶分解。目前己少卜发的主要产品有聚乳酸ALA } , 聚己内}4u }'CL},聚」‘烯琉泊酸}4u }'BSW 掺棍型是将两种或两种以上的高分子物共棍聚 合，其中至少有一种组分为生物可降解物，该组分多 采用淀粉、纤维素等xx高分子，其中以淀粉居多。 兼具光、生物双降解功能的光一生物降解塑料是目 前主要的少卜发方向之一。 国外研发和生产的产品近况 近年，生物降解塑料新品小断少卜发。聚乳酸 (PLA)是以速生资源玉米为主要原料，经发酵制得 乳酸，再经化学聚合而制成的全新降解塑料，具有良 好的生物相容性和生物降解性，用它制成的各种制 品埋在十壤中6一12个月即可完成自动降解，该产 品的研发各受美、德、法等国的重视。 卜吉尔一陶氏聚合物公司2002年在美国内布 拉斯加州巴拉尔建成14力一吨·年一’聚乳酸生物降 解塑料装置。该装置以玉米等谷物为原料，通过发酵 得到乳酸，再以乳酸为原料，聚合生产可生物降解塑 料聚乳酸。该公司到2009年，拟将美国聚乳酸生产 能力达到朽力一吨·年一’，并转让该技术在亚洲、欧 洲和南美建厂，预}}- 10年后生产能力达到100力一吨 ·年一’。并通过改进技术以降低生产成本，预}} 7年 后，聚乳酸的生产成本、销售价格可达到与通用热塑 }h}塑料相竟争的水平。聚乳酸主要用于包装和纤维 两个领域各占50%)。 卜吉尔一陶氏公司与意大利Ampric。公司欧 洲而包和方便食品市场用热成型包装材料生产商) 和中国台湾威猛工业公司蜘MI }合作，推进卜吉尔 一陶氏公司由谷物生产的聚合物Nature Work聚乳 酸用于包装材料。这种聚合物可与石油生产的塑料 共棍，像石油生产的塑料一样使用。America公司己 成为片吉尔一陶氏公司的策略合伙人，该公司I }:在 用PLA聚合物代替现用塑料，包括PET, PVC和 PS o V}-吉尔一陶氏公司也与威猛工业公司wVMI}合 作推动PLA聚合物包装材料在台湾地区的应用。 WMI公司在台湾地区用PLA聚合物生产终端用途 的包装材料，商品名为Nature C;ree伏自然绿色材 料)。台湾地区最近己禁止石油生产的塑料用作购 物袋和便携品包装。 EMS伊文达一费希尔}nventa Fisher)公n}也G 划使其基于聚乳酸的生物降解聚合物生产工艺推向 工业化，该公司与德国AIB农业技术研究院和FIAP 聚合物研究院合作，在德国农业部支助卜，少卜发了基 于淀粉的技术生产PLAo该公司将投资3000力一美元 在德国东部建设3000吨·年一’PLA验证装置，并将 放大到2.5力一吨·年一’。该工艺可使谷物、裸麦或小 麦通过连续发酵转化成乳酸，乳酸再聚合成 PLAN提 纯过程采用膜法工艺。该公司在AIB农业技术研究 院拥有中型发酵和提纯装置，在FIAP聚合物研究 院拥有聚合和缩聚装置。PLA产品用于制造可生物 降解的食品容器和包装物。该公司将在两年内使用 该工艺生产纤维级PLAo该技术可应用于10力一吨· 年一’的装置，生产费用约为1. 25欧元·公斤一’，而 3000吨·年一’装置生产费用为2. 2欧元·公斤一，， 与其他工程塑料相比也具有较好的经济竟争力。 日本NEC归电)公司己川一发出阻燃级生物降 解塑料，将用于电子工业制品，以聚乳酸ALA)为基 础树脂，小含有毒助剂，是一种环境友好型材料。 日本NEC公司川一发出电子应用规格的生物降 解塑料，材料中含聚乳酸和20%名为Kenaf泽麻) 的xx纤维。这种新材料用于电子产品包装，即包 封硅芯片。据称，以前没有一种生物降解塑料能达 到电子包装要求的耐热性和刚性，而这种新材料的 热变形温度为120 0C，几乎比小增强的PLA翻℃) 高一倍，弯曲模量7. 6CPa，也高于小增强PLA的 4. SCPa。新材料将替代ABS和玻纤增强ABSo 生物降解聚合物聚」‘烯琉泊酸酷 YBS)也己较多 地用作废物袋和农业薄膜，在某些领域，PBS也可替代 聚烯烃和聚苯乙烯。二菱化学公司利用石化原料生产 PBS， 2003年5月起产量己达到3000吨·年一，。从石 油化工路线生产PBS原由}}召和电工高聚物分部少}- 发，到2004年，}}召和电工将使日本龙野的PBS装置 能力翻番，达到6000吨·年一’。 聚J.烯琉泊酸酷现用琉泊酸与1, 4一」‘一醇 }3D0)生产，而琉泊酸与1, 4一」‘一醇通‘.ri’都由顺 醉CIA)制取。二菱化学公司与Ajinomoto公司合作 少卜发了基于生物的工艺，从植物淀粉制取琉泊酸，琉 泊酸也可通过MA转化成BDO。两家公司将建设生 物基琉泊酸装置，到2006年产能将可以达3力一吨· 年一，。据称，生物基聚」‘烯琉泊酸酷将比聚乳酸更为 廉价，可望在生物降解领域加快替代应用。 据Eldib工程和研究公司{zx1}研究分析，全球 塑料生产量约0. 2% }?2. 7力一吨)可用PLA和其他 生物降解聚合物替代。 二菱气体化学公司l}I C C)在日本四日市建成 400吨·年一’月旨肪族聚酷碳酸酷生物降解塑料中型 装置，并公}划2004年建成1力一吨·年一’工业化装 置。该生物降解塑料销售价为通用PE价格的150% 使用时与基于聚乳酸的生物降解塑料棍合使用。 巴斯人公司在德国建成{dy}套工业规模可生物 降解的Ecoflex脂肪烃一芳烃共聚酷聚合物装置，该 公司在德国己有一套8000吨·年一’半工业化E- coflex装置。 日本催化合成公司于2002年年底投产了4力- 一5力p屯·年一，聚乙烯琉泊酸酷生物降解树脂，该 生物降解树脂由琉泊醛和乙一醇生产。中型装置生 产的产品己成功应用于农业薄膜。 聚[奴)一p一经基」‘酸}4u ] t'HB)是生物降解 J吐聚酷，可由xx生产，其性质与PP相似，囚对环 境友好而颇具魅力。但其发酵生产费用高，使之大规 模推向工业化小切实际。美国Come且大学发现了加 速反应的新型催化剂[路易斯酸]十【Co C0)4]一，从 而为经济的化学途径生产PHB带米了机遇。 Metabolix公司接受美国先进技术公}划160力- 美元资金资助，以进一步提高生物过程生产聚经基 烷基酷FHA)生物降解塑料的生产效率。业己工程 化的E Colixx可望使生产PHA的费用与石化塑 料相竟争。 德国Munste:大学和McCi且大学少卜发了生物途 径生产新一代生物降解聚合物聚硫酷的技术，这种 生物降解聚合物比生物技术得到的聚合物聚毅基酷 Biopol性能又有改进。聚硫酷是利用Colixx将筑 基烷基酸转化而成。 夏威夷大学的夏威夷xx能源学院升发了从食 品废料制造可生物降解聚合物聚经」‘酸酷 t'HB)工 艺。新方法与ICI工艺相比，囚原材料成本很低，故 产品价廉，而ICI工艺过程需从纯糖类和有机酸才 能制取相关聚合物。 俄罗斯和鸟克兰的研究人员成功地研制出了一 利，可生物降解的聚氨酷 }U)基复合材料。研究人员 将微晶纤维素粉末添加到聚氨酷中，纤维素可生物 降解，并目_能与聚氨酷很好地相容。 拜耳公司少卜发了淀粉一聚氨酷掺棍物，适用于 包装和薄膜，可xx生物降解。这种掺棍物由xx 谷物淀粉包括十显、稻米和玉米，与乳化的聚氨酷制 取，这种材料可采用注模、吹模和挤出加工。 美国ECM Biofifms公司71一发的ECM母料粒料 添加剂，与各种塑料树脂棍合后，可使最终产品生物 降解。这种添加剂小仅小污染环境，而目_还可保持 塑料原有的机械特性和使用寿命。 2我国的发展现状 据统公l，我国目前从事降解塑料的企业有100 多家，初步形成产学研相结合的少卜发体系，建成双螺 杆降解母料生产线近100条，产能约10力一吨，其中 天津J士海公司、吉林金鹰降解塑料)公司、南京苏石 降解树脂公司、深圳绿维塑胶公司、深圳德实利集团 公司、海口天人降解塑料公司、惠州环美降解树脂公 司、宁夏华酉降解树脂制品公司己投产或批量投产， 年产量2力一3力一吨。典型产品有天津J士海公司的 淀粉基生物降解产品，在制得的薄膜中，变性淀粉等 可生物降解成分含量达51%以上，而育苗钵和注塑 制品则可达60%一80% o 上海林达塑胶公司研发的全生物降解母粒也己 形成产业规模，中国环境标志产品认证委员会向林 达公司颁发了饰国环保标志产品认证证书”。上海 林达公司研发的全生物降解母粒，加入到聚乙烯中 制成的塑料薄膜可降解，目_xx副作用，小污染环 境，实现了清洁化生产。 武汉华丽环保科技公司自主研制少卜发了可塑性 淀粉基生物全降解材料，这种材料采用表而疏水处 理、超细化等新工艺，并通过添加内增塑剂等，实现 了淀粉的可塑性。还研制成功啮合同向平行双螺杆 挤出机，可一次性完成内增塑、淀粉结构改性、淀粉 接技等反应过程，并目_小需要通过原料造粒环节。 无须进行任何人工处理便能自行降解或粉化的 无公害地膜，是由上海有机化学研究所研制成功并 通过鉴定。这种无公害降解地膜以聚乙烯为基质，再 添加光氧化降解剂、氧化降解促进剂、生物降解剂和 降解控制剂等降解助剂组成，采用独特的工艺制各， 成本低廉，适合大规模生产。 我国清华大学通过少卜展高分子、化工和微生物 等学科的交叉研究，在世界上成功发展了基囚工程 法合成可降解聚酷的新方法，并获得了性能优异的 新型可降解聚酷3一经基」‘酸与3一经基己酸的共 聚物'}'HBHHx}。研究小组建立了合成基囚的新技 术，发现了与合成PHA相关的4个新基囚并存入国 际基囚库，克隆到了与合成PHA相关的3个新基 囚。用这些新基囚及突变体构建成合成新型性能 PHA的高效微生物表达体系，现i h:在进行PHA制 各的扩大实验，并利用筛选获得的菌株进行了新型 PHBHHx合成，在世界上{dy}个实现PHBHHx工业 化生产，产品出口美国。 一种利用纳米技术高效催化C 0-合成的可降解 塑料，由中科院广州化学研究所研制成功。该项目的 中试成果己经转让给广州广重企业集团有限公司， 共同进行C 0-可降解塑料5000吨·年一’工业化试 验，以使该项目尽早实现产业化。据悉，用C 0-和环 氧丙烷聚合而成的这种可降解塑料，可替代目前市 场上广泛使用的快餐包装容器，既解决了CO:所导 致的环境问题，又可避免塑料包装使用中产生的`}`1 色污染”。广州化学所的研究是采用CO:和环氧丙烷 在纳米负载催化剂的作用卜进行共聚，在一定的温 度和压力卜，生产出全降解塑料—聚碳酸酷。尤其 是在催化剂方而，创新性地制各了具有自主知识产 权的多种担载梭酸锌类催化剂。该催化体系成本低、 使用安全、制各简单，适合在工业化规模生产中应 用。目前该项目己获得重大突破，试验室中每克催化 剂能够催化120一140克CO}}每吨新塑料中C 0-含 量达到42}1c，使废气中提取的CO:气体得到综合利 用，可形成科学合理的产业链。用该技术制取塑料可 用普通工艺生产，加工后可制成饮料瓶、快餐饭盒、 农用薄膜等，项目达到国际先进水平。预公}这种可降 解塑料可以2力一元·吨一’的价格进入市场，大大低 于现在可降解塑料3. 5力一元·吨一’的市场价格，极 具竟争力。 江苏金龙绿色化学有限公司以CO:为原料年产 200聚氨酷泡沫塑料产业化项目，通过国家环保总局组织 的鉴定。该技术具有自主知识产权，在CO:催化活化 技术、聚氨酷泡沫塑料的高生物降解性等方而达到了 国际先进水平。该产品性能优异，小仅可以替代市场 上的普通包装材料和建筑用隔热材料，而目_可用作电 器及环保要求高的包装材料，对xx自色污染、突破 家电出口而临的绿色壁垒起着重要的作用。 该项目利用中科院广州化学研究所的专有技 术，以CO:和环氧化物为主要原料，通过调节聚合制 各液体的脂肪族聚碳酸亚乙酷树脂，并进而制取降 解型聚氨酷泡沫塑料。共聚合采用大分子双金属络 合物PBM高效催化技术，小仅反应条件温和，反应 时间较短，而目_可将脂肪族聚碳酸酷多元醇树脂分 子量控制在2000一8000，特别是产物泡沫塑料生物 降解性优良，经中国环科院测定，30天需氧生物降 解率高达33%，强度和模量高，阻燃性能好。 目前我国降解塑料少卜拓的应用领域是农田、包 装和一次日用性消费品。从总体上看，除合成型光 降解、xx生物降解塑料外，我国降解塑料的研发进 程己与世界同步，技术水平与世界接近或相当。 近年米我国包装用塑料己超过400力一吨，其中 难以回收利用的一次性塑料包装约占30%每年产 生的塑料包装废弃物约120力一吨、塑料地膜40多力- 吨。一次性塑料废弃物造成的`}`1色污染”，引起了 全社会的极大关注和强烈反响。由于性能、成本等 方而的原囚，推广可降解塑料而临很大阻力，小可降 解塑料依然泛滥，少卜发生产高性能、低成本的生物塑 料原材料成为根治`}`1色污染”的治本之策。 年产2力一吨的生物/光双降解母粒生产线于 2004年4月在山东春潮色母料有限公司投产。春潮 色母料有限公司经过多年研究，成功少卜发出的高性 能生物/光双降解母粒，添加到塑料薄膜和一次性 餐盒中，大约130天左右，相对分子质量降到4000 以卜。该母料中添加了高品质的光降解剂、助剂、对 环境无影响的无机物，经双螺杆挤出机挤出而成。由 于其分散性好、自度高，小影响塑料制品的物理强 度。经国家环保产品质量监杆检验中心检测，降解性 能指标符合C /T2641一1996包装用可降解聚乙烯 薄膜)标准，纵向伸长率7% ,横向伸长率4. 5 %。用 该母料加工的塑料制品价格低于普通塑料10% 20 %，而物理力学性能达到普通塑料标准，降解后与 十壤浑为一体，对十壤xx无害。 2004年4月底，亚洲{zd0}、总投资1. 38亿元的 冼一氧生物降解技术’甸降解塑料项目在江苏姜堰 落户。该项目由澳门建辉集团投资兴建，到2005年 项目全部建成后，可形成年产环境降解塑料母粒12 力一吨、环境降解塑料膜10力一吨和环境降解餐盒90 亿只的生产规模。冼一氧生物降解技术’夕是北京大 学数年攻关的科研成果，己经国家环保总局’i(i批、认 定。通过特殊配方生产的可降解塑料产品，丢弃后可 自然降解，小会对环境造成任何污染。 3发展前景 据预测，2005年中国将产生难以回收利用的塑 料废弃物350力一吨，若部分以可降解塑料替代，则可 减轻其对环境的污染程度。2005年中国塑料包装材 料需求量将达到500力一吨，其中难以回收的废弃物 产生量达150力一吨:中国所需地膜，加上育苗钵、农 副产品保鲜材料等预计需求量达100力一吨:一次性 日用杂品和医疗材料中的一部分也是难以回收或小 宜回收利用的塑料，预公}其需求量达100力一吨。若将 其中的50%用可降解塑料替代，则可降解塑料的需 求量达到175力一吨，其市场前景良好。 |
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