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发布时间:2021-02-24 14:49:42浏览次数:

可降解塑料是指一类其制品的各项性能可满足使用要求,在保存期内性能不变,而使用后在自然环境条件下能降解成对环境无害的物质的塑料。

通过优化选择生产原料和制作工艺,可降解塑料在数天或几个月的日晒雨淋及微生物的共同作用下,能逐步分解成碎片,最终全部降解。可降解材料一般可分为光降解塑料、生物降解塑料、光-生物降解塑料和水降解塑料等四大类。在全球“禁塑”,环保意识增强的形势下,被视为传统一次性塑料的替代品。

根据可降解塑料的性质,其下游应用包括农林渔业、包装业、体育用品、卫生用品等领域。

可降解塑料在农林渔业的应用包括地膜,保水材料,育苗钵,苗床,绳网,农药和农肥缓释材料等;可降解塑料在包装业的应用包括购物袋,垃圾袋,堆肥袋,一次性餐盒,方便面碗,缓冲包装材料等;可降解塑料在体育用品的应用包括高尔夫球场球钉和球座等;可降解塑料在卫生用品的应用包括妇女卫生用品,婴儿尿布,医用褥垫,一次性胡刀等。

可降解塑料比传统高分子塑料更容易被自然环境分解,具有实用性、降解性和安全性。可降解塑料即便意外进入自然环境,也不至于产生大的危害,并且可以间接有助于收集更多的有机废物,同时降低有机废物对塑料废物机械回收的影响。

按照降解方式分类,可降解材料一般可分为光降解塑料、生物降解塑料、光-生物降解塑料和水降解塑料等四大类。

这些可降解材料的定义分别为:(1)光降解塑料指被光照射后能发生降解的塑料。制品一旦埋入土中,失去光照,降解过程则停止。(2)生物降解塑料是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。(3)水降解塑料在塑料中添加吸水性物质,用完后弃于水中即能溶解掉。(4)光-生物降解塑料是一种比较理想的降解塑料,是对光降解塑料的光降解机理以及生物降解塑料的生物降解机理的结合应用。

可降解材料的原料怎么组成?(图1)

与生物降解塑料相比,其他三类生物降解材料还未成为主流产品。光降解塑料属于较早的一代可降解材料,是将光敏剂掺在塑料中,在太阳光照射作用下,塑料逐渐分解。但其缺点是,降解时间受到太阳光和气候环境的影响,因此无法控制降解时间。水降解塑料方面,适用于水处理的可降解材料不多,且大多耐水性差、在水中强度不高,不能满足日常使用的需要。在水降解材料普及适用前,还有诸多问题需要解决,且水降解塑料材料成本过高,导致了产品较高的价格,对其使用推广造成了一定阻碍。光/生物降解塑料是光降解和微生物相结合的一类塑料,克服了光降解塑料对光的要求,但对应产品制备难度较高,在我国仍然还是一项较为困难的研究课题之一,相应的产品较少。因此,在目前的可降解塑料行业中,为生物降解塑料是可降解塑料领域的主流产品,也是未来研发生产的热点。

按照原料来源,塑料可分为石油基和生物基。按照能否降解,塑料可分为不可生物降解和可生物降解。

生物基可降解塑料指由自然物质生产且可降解的材料。目前已经商品化的生物基可降解塑料包括:聚乳酸(PLA)、再生纤维素、淀粉塑料、聚羟基脂肪酸酯类聚合物(PHAs)等。PHAs类生物降解塑料有聚3-羟基丁酸酯(PHB)、3-羟基丁酸酯和3-羟基戊酸酯的共聚物(PHBV)、以及3-羟基丁酸酯和3-羟基己酸酯的共聚物(PHBH)。

石油基生物降解塑料指由石化原料生产且可降解的材料。已经商品化的石油基生物降解塑料包括:聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚己内酯(PCL)、聚乙醇(PGA)、二氧化碳可降解塑料(一般指二氧化碳和环氧丙环的聚合物PPC),以及一类共聚酯,例如聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)、聚己二酸/丁二酸丁二醇酯共聚物(PBSA),与PBS同属聚酯类生物降解塑料。

可降解材料的原料怎么组成?(图2)

PLA和PBAT是两大主流可降解材料。其中,PLA占全球可降解塑料品类产能的24%,PBAT占17%。2017年,全球淀粉基化合物和聚乳酸(PLA)分别占可生物降解聚合物总消费量的47%和43%。


可降解材料的原料怎么组成?(图3)
可降解材料的原料怎么组成?(图4)

可降解材料:PLA、PBAT。传统的PLA塑料存在质地过硬、柔韧性差的缺陷,这在一定程度上限制了PLA的使用范围。PBAT恰好具有良好的加工性能和成膜性,利用PBAT与PLA共混来对其增韧是一种行之有效的方法。

可降解材料的原料怎么组成?(图5)

PLA产业链。1)上游:原材料主要为玉米等壳类作物碾碎后,从中提取淀粉,然后将淀粉制成未精化的葡萄糖。2)生产包括“发酵-预聚-聚合”三个步骤。第一步以类似生产啤酒或酒精的方式来发酵葡萄糖,得到高光学纯度的乳酸。第二步将乳酸单体以特殊的浓缩制程,转变成中间型产物——减水乳酸,即丙交酯。第三步丙交酯单体经过真空净化后,再以一种不使用溶剂的溶解制程来完成开环的动作,使单体聚合。

可降解材料的原料怎么组成?(图6)

PBAT可由己二酸(AA)、对苯二甲酸(PTA)和1,4丁二醇(BDO),在催化剂的作用下直接酯化后熔融缩聚而成。直接酯化法工艺合理、流程短、生产效率高、投资少、产品品质稳定。原料消耗及能量消耗低,生产过程中BDO能够直接回用,减少对环境的污染。

可降解材料的原料怎么组成?(图7)

以PLA为代表的生物基可降解塑料,主要来自于粮食和微生物,来源可再生,使用后对环境无污染,符合国家可持续发展战略方针,虽然目前的原料成本、技术、设备成本均较高,但随着工艺水平和生产规模的进一步发展,成本对应下降,发展前景明朗。