七大綠色生物降解塑料
我們中國人講究落葉歸根,我們做塑料的人也希望其能夠“落葉歸根”,完成它的使命之后,重返自然,與自然成為一體。于是,可降解塑料應運而生。今天,我們講一講最具代表性的七大生物可降解塑料。
聚乳酸(PLA)是一種新型的生物降解材料,使用可再生的植物資源(如玉米)所提出的淀粉原料制成。具有良好的生物可降解性,使用后能被自然界中微生物完全降解,最終生成二氧化碳和水,不污染環(huán)境,這對保護環(huán)境非常有利,是公認的環(huán)境友好材料。據了解,PLA用量占生物可降解塑料的45.1%,是當之無(wú)愧的主力軍。
聚乳酸的降解分成兩個(gè)階段:1)首先是純化學(xué)水解成乳酸單體;2)乳酸單體在微生物的作用下降解成二氧化碳和水。聚乳酸制成的食品杯只需60天就可以完全降解,真正達到生態(tài)和經(jīng)濟雙重效應。
PLA主要用于大家最關(guān)注的食品包裝和3D打印。PLA最大的制造商是美國NatureWorks公司,其次是中國的海正生物。
PHA是由微生物通過(guò)各種碳源發(fā)酵而合成的不同結構的脂肪族共聚聚酯。其中最常見(jiàn)的有聚3-羥基丁酸酯(PHB)、聚羥基戊酸酯(PHV)及PHB和PHV的共聚物(PHBV)。
主要用途為:一次性餐具、無(wú)紡布、包裝材料、農用覆膜、玩具、包膜、膠、纖維等多種可降解產(chǎn)品。
國內生產(chǎn)PHA的企業(yè)有天津國韻生物材料有限公司、武漢華麗科技有限公司、浙江華發(fā)生態(tài)科技有限公司、浙江天禾生態(tài)科技有限公司、福建百事達生物材料有限公司、肇慶華芳降解塑料有限公司等。
聚ε-己內酯(PCL)是由ε-己內酯經(jīng)開(kāi)環(huán)聚合得到的低熔點(diǎn)聚合物,其熔點(diǎn)僅62℃。PCL的降解性研究從1976年就已開(kāi)始,在厭氧和需氧的環(huán)境中,PCL都可以被微生物完全分解。
與PLA相比,PCL具有更好的疏水性,但降解速度較慢;同時(shí)其合成工藝簡(jiǎn)單、成本較低。PCL的加工性能優(yōu)良,可用普通的塑料加工設備制成薄膜及其它制品。
PBS以脂肪族丁二酸、丁二醇為主要生產(chǎn)原料的,既可以通過(guò)石油化工產(chǎn)品滿(mǎn)足需求,也可通過(guò)淀粉、纖維素、葡萄糖等自然界可再生農作物產(chǎn)物,經(jīng)生物發(fā)酵途徑生產(chǎn),從而實(shí)現來(lái)自自然、回歸自然的綠色循環(huán)生產(chǎn)。而且采用生物發(fā)酵工藝生產(chǎn)的原料,還可大幅降低原料成本,從而進(jìn)一步降低PBS成本。
與同類(lèi)產(chǎn)品比較,聚酯生物分降塑料的優(yōu)點(diǎn):
1)耐熱性好。這促使它在餐飲領(lǐng)域達到推廣;
2)加工條件要求不高;
3)易保存,耐水解。
聚丁二酸丁二醇酯(PBS)用途極為廣泛,可用于包裝、餐具、化妝品瓶及藥品瓶、一次性醫療用品、農用薄膜、農藥及化肥緩釋材料、生物醫用高分子材料等領(lǐng)域。
德國B(niǎo)ASF公司所制造的脂肪族芳香族無(wú)規共聚酯(Ecoflex),其單體為:己二酸、對苯二甲酸、1,4-丁二醇。目前生產(chǎn)能力在14萬(wàn)噸/年。同時(shí)開(kāi)發(fā)了以聚酯和淀粉為主的生物降解塑料制品。
水溶性PVA薄膜是在國際上嶄露頭角的一種新型塑料產(chǎn)品。它利用了PVA的成膜性、水和生物兩種降解特性,可完全降解為CO2和H2O,是名符其實(shí)的綠色高新環(huán)保包裝材料。
在歐美、日本,水溶性PVA薄膜已廣泛用于各種產(chǎn)品的包裝。在我國水溶性PVA薄膜的發(fā)展還處于起步階段,工業(yè)性研發(fā)在近5年間才真正有所展開(kāi),主要應用在刺繡及水轉印(玻璃、陶瓷、電器外殼等的彩色印刷)兩個(gè)領(lǐng)域,PVA在這方面的年使用量約10000t。
一種正在研究的新型合成材料,以二氧化碳為單體原料在雙金屬配位PBM型催化劑作用下,被活化到較高的程度時(shí),與環(huán)氧化物發(fā)生共聚反應,生成脂肪族聚碳酸酯(PPC),經(jīng)過(guò)后處理,就得到二氧化碳樹(shù)脂材料。
國外,最早研究二氧化碳共聚物的國家主要為日本和美國,但一直沒(méi)有工業(yè)化生產(chǎn)。國內內蒙古蒙西集團公司采用長(cháng)春應用化學(xué)研究所的技術(shù),已建成年產(chǎn)3000噸二氧化碳/環(huán)氧化合物共聚物樹(shù)脂的裝置,產(chǎn)品主要應用在包裝和醫用材料上。
此外還有甲殼素、聚酰胺、聚天冬酸、聚糖、纖維素等均在研發(fā)之中。