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生物降解聚合物的现状及发展前景一是嘛

发布时间:2021-07-11 18:15:15 阅读: 来源:注塑加工厂家
生物降解聚合物的现状及发展前景一是嘛

生物降解聚合物的现状及发展前景(一)

2000年底全球合成树脂的产量达13亿吨,其中塑料包装材料的发展最迅速。自1975年起继玻璃、纸和纸板之后,塑料已占包装材料的第三位。包装材料占塑料总产量的41%,食品包装占包装材料的47%,方便、无毒、价格低廉且美观的羔包装已成为人们的首选。玻璃包装仍在继续使用,纸包装经过加工后会自然分解,塑料包装材料占生活垃圾的41%,而这种垃圾实际上是“永久性”的不能被降解。怎样面对及如何处理塑料垃圾已成为世界性的环保问题。塑料废弃物解决的好坏将在很大程度上决定世界生态环境状况,决定21世纪合成树脂的发展速度和发展趋势。否则人类将被塑料垃圾包围。

为净化周围环境,消除塑料废弃物,人们努力地做好以下工作来减少污染:一是卫生填埋(用土掩埋垃圾),二是废物利用。卫生测力指针转动将减慢填埋虽可明显地缓解环境污染,但是却将环保的重任推到下一代人身上;废物利用是较可行的办法,可分为焚烧、高温降解、再生利用。塑料包装废弃物无论是焚烧还是高温降解都不能从根本上改善生态环境。虽然二次加工在一定程度上能使环境有所改善,但是将耗费巨大的人力和物力。首先要将塑料容器和包装材料从垃圾中挑出来,然后按塑料种类分类,经过冲冼、干燥、粉碎,最后加工成制品。在回收和二次加工方面,许多国家制定了严格的法律法规引导人们积极利用塑料废弃物尤其是容器和包装材料。欧洲法律规定生产塑料包装材料时再生塑料要占15%,德国规定再生塑料要占50%,还将扩大到60%。出于食品卫生考虑,专家认为这是不可行的。因为对运输和非食品包装材料而言,使用25%的再生塑料是可以的,但对食品包装决不适宜。

应当指出的是,塑料容器和包装材料的回收及二次加工会导致包装原材料价格上涨,而且再生容器的质量低,更何况并不是每个消费者都同意使用再生包装材料。如果允许的话,大量的容器和包装材料会被重新使用。人们不禁要问加工多少次的容器和包装材料允许使用,埋地和焚烧到底需要多长时间。无论是埋地还是焚烧只能加剧周围环境的恶化。专家建议应大量开发和生产能生物降解且对自然界、生物界无害的塑料,这才是从根本上解决“塑料垃圾”问题的办法。

把高分子化合物的生命降解作为研究重点是因为它能消除由废弃塑料容器和制品构成的“高品质大量的“资料垃圾”。根据生物降解塑料的研究和开发现状,目前在这一领域进行的探索及应用工作主要有以下三方面:

一、羟基竣酸聚酯

二、天然高分子型塑料

三、工业化的高分子合成材料的生物降解聚酯

生物降解聚酯

近年来有关生物降解聚合物研究的文献资料表明羟基竣酸聚合物的生产呈现积极上升趋势。自从1925年发现聚羟基丁酸是寄存的各种微生物的营养源和媒质后,人类就特别关注这族化合物。在微生物的作用下,羟基丁酸分解为CO2和H2O。其它的羟基竣酸类聚酯如:羟基醋酸、聚乳酸、聚羟基戊酸酯、聚羟基己酸酯都有类似的特点。

聚丙交酯是近年出现的一种可作为包装材料的生物降解塑料,具有广阔的应用前景。聚丙交酯的原料是乳酸,乳酸分子中同时具有羟基和羧基官能团,反应活性较高,在适当条件下容易脱水缩合成聚乳酸。聚丙交酯的合成有直接缩聚和丙交酯的开环聚合两种方法。开环聚合工艺路线分两步进行:首先是乳酸经脱水环化制得丙交酯;然后是丙交酯经开环聚合制得聚丙交酯。无论是合成的聚丙交酯还是发酵的葡萄糖、麦芽糖、谷物甜汁或土豆淀粉都可用来制备生物降解材料。堆肥的聚丙交酯一个月左右降解,并能被海水中的微生物吸收。聚丙交酯是无色、透明的热塑性聚合物,可采用通用热塑性塑料的加工方法。通过挤出成型将板材制成托盘,还可制成薄膜、纤维、食品包装材料、医用导入管。经过增韧的聚丙交酯变得富有弹性,有可能取代聚乙烯、增韧聚氯乙烯和聚丙烯。当聚丙交酯单体成分减少以及经过取向后,聚丙交酯的弹性模量、热稳定性会有所提高,它的使用寿命也会延长。尽管聚丙交酯具有上述优点,但由于生产工艺复杂、流程长、产量低导致产品成本高还不能广泛应用于日常生活。提高生产效率、降低生物降解材料的成本已成为当今聚酯研究人员关注的焦点。美国Cargill inc.公司在完善聚乳酸生产工艺方面做了积极有效的工作,开发了商品名为EcoPla的生物降解聚合物。挤出的EcoPla板材的冲击强度与可聚苯乙烯相比,挤出温度在200℃以上。被覆材料和薄膜具有强度高、透明、光泽好、摩擦系数低的特点。薄膜的粘接性能好,能在堆肥中降解。Cargill inc.公司的研究成果是将玉米中的葡萄糖发酵制取聚丙交酯,年生产能力已达6000吨。公司打算继续扩大生产,将年生产能力扩大到5~15万吨,把聚丙交酯的成本从250$/kg降为2.2$/kg。

荷兰CSMN公司已建成一套年产34万吨的乳酸装置,有可能的话将把产能扩大一倍。PURAC-GRUPPE联合公司研制出乳酸的制造工艺并拥有专利,公司在国际市场销售的乳酸牌号为PURAC。为降低乳酸聚合物的成本,日本Mitsui Toatsu建成工业性试生产装置,开发了聚丙交酯直接缩聚工艺。产品的热稳定性优于丙交酯开环聚合(两步法)的产品,直接缩聚的聚丙交酯价格为4.95$/kg。Dai Nippon公司研制的聚丙交酯薄膜,其韧性可与聚苯乙烯相比,弹性可与聚乙烯相比。芬兰Neste公司从1991年开始研究聚乳酸聚合物的制造工艺,公司科研人员系统研究了分子量5000~10000的聚丙交酯的物理机械性能及其应用领域。英国Zeneca Bioproducts PLC公司不仅生产可生物降解的聚丙交酯,还生产使用范围广的聚羟基羧酸共混物如聚-3-羟基丁酯及共聚物,聚-2-羟基丁酸和聚-3-羟基戊酸。1995年公司生产了75吨牌号为Biopol的生物降解聚合物,价格为13.5DM/kg,比聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯贵5~7倍,比聚丙交酯贵15~2倍。

显而易见,现有生物降解塑料与大量的合成树脂相比,价格确实偏高,降低成本已成为迫切需要解决的问题。若想提高生物降解塑料的产量,就要积极地从众多细菌中寻找有效的细菌来加快降解。研究发现1m3酶1天可降解50~60kg聚合物。采用最佳的发酵工艺,最佳的成型工艺设备以及使用低成本培养基,有望将生物降解聚合物的成本降为3DM/kg。

使用广泛的发酵培养基有糖、有机酵和乙醇。人们不仅研究羟基羧酸单体聚合物或者羟基羧酸共聚物的安全降解性能,也将聚羟基羰酸与各种合成材料、天然高分子共混作为复合材料生物降解引发剂进行了积极研究。羟基羰酸共混物作为引发剂可使制品具有良好的生物降解性能,并能降低成本,保证制品的物理机械性能。在制备以生物降解高分子、卸力后拧紧油处接头聚二羧酸酯、乙二醇酯为原料的生物降解包装材料、薄膜、纤维、水果筐和蔬菜筐时,研究人员做了大量的工作。要解决的主要问题是如何调整原料配方的比例,使制品即满足需求又能在堆肥中降解。因为填料的成分、数量、物理性能及比例的选择在很大程度上决定聚丙交酯共混物中酶的分解速度,因此需要仔细研究上述所有因素。这一点从聚丙交酯、聚酯酸乙烯酯共混物挤出薄膜样品中可以明显地看出(薄膜中聚丙交酯、聚酯酸乙烯酯的比例在100~0,0~100间变化)。当聚醋酸乙烯酯含量增加,薄膜的降解能力明显下降。假如聚丙交酯薄膜10小时实际上达不到真实的节能效果降解52%,添加5%~10%的聚酯酸乙烯酯后,60小时薄膜仅降解8%,共混物中30% 聚酯酸乙烯酯实际上并没有降解。降解速度与薄膜制取方式的关系表示为:松软薄膜的降解速度 取向薄膜、挤出薄膜 固定-淬火薄膜 在90℃淬火9分钟的薄膜。由于结晶度高,淬火时薄膜表面聚酯酸乙烯酯有些移动因而改变了降解性能。

应当指出的是,近年来人们研究的生物降解聚合物不仅包括包装容器、包装材料、医用材料,还包括有特定用途的聚合物材料如:胶、油漆、发动机润滑油、渔、建筑材料、农用塑料。既使用纯聚丙交酯,也使用乳酸共聚物及聚羟基羧酸聚合物。

综上所述,由于酸类聚酯具有自降解特性,因此在占领包装材料、容器、一次性餐具、卫生保健品、农业市场方面有巨大的潜能。如果能降低生物降解塑料的价格,制定相关的法律法规,限制使用非生物降解塑料的应用,那么一切都将变为现实,并能达到保护环境、减少“塑料垃圾”的目的。

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