二氧化碳合成可降解塑料的國(guó)內(nèi)外進(jìn)展
2010-6-29 來源:中國(guó)聚合物網(wǎng)
關(guān)鍵詞:降解塑料 生物降解 塑料母料
二氧化碳降解塑料隨著其生產(chǎn)成本的降低及應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展,在21世紀(jì)將有廣闊的市場(chǎng)前景。二氧化碳降解塑料作為一類可完全降解的環(huán)保塑料,可廣泛用于在自然環(huán)境中較難回收利用的領(lǐng)域,有利于堆肥化領(lǐng)域、醫(yī)用材料領(lǐng)域等,其應(yīng)用范圍將進(jìn)一步拓寬,其用量也將進(jìn)一步增大。
美國(guó)Cornell大學(xué)研究人員首次發(fā)現(xiàn)一種方法,利用可再生資源和CO2可制取塑料。直至迄今,使用CO2為原材料制取聚合物,還需使用石油衍生物如環(huán)氧丙烷或環(huán)氧環(huán)己烷。而新的聚合物—替代的R-環(huán)氧檸檬烷(LO)單體與CO2的共聚體,稱之為聚碳酸檸檬酯(PLC),它有許多類似聚苯乙烯(PS)的特性,同時(shí)具有可生物降解性。R-環(huán)氧檸檬烷(LO)由自然界的環(huán)狀單萜烯、檸檬烯(1,8-萜二烯)得到,它存在于300多種植物中。檸檬果皮中高達(dá)90~97%的油就含有R-環(huán)氧檸檬烷(LO)的對(duì)映體。實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)表明,在攪拌式反應(yīng)器中,液體R-環(huán)氧檸檬烷(LO)與CO2在β-二亞胺鋅絡(luò)合物催化劑存在下,在室溫和0.68MPa的CO2壓力下,可生成聚碳酸檸檬酯(PLC),約反應(yīng)24小時(shí),PLC生成轉(zhuǎn)化率為15%。雖然研究處于初步階段,但對(duì)進(jìn)一步的開發(fā)己引起興趣。
德國(guó)亞琛工大研究人員于2008年4月上旬在美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)年會(huì)上表示,德國(guó)正在研究將發(fā)電廠排放的大量二氧化碳轉(zhuǎn)化成有用的塑料原料。在處理影響全球氣候變暖的溫室氣體二氧化碳問題上,迄今研究的重點(diǎn)都放在將二氧化碳地下儲(chǔ)存上,德國(guó)研究人員提出不同的思路,即將二氧化碳轉(zhuǎn)化成塑料原料,用于生產(chǎn)飲料瓶、DVD光碟和其他有用的塑料制品。這是德國(guó)亞琛工大的研究人員托馬斯•米勒在美國(guó)新奧爾良舉行的美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)年會(huì)上發(fā)表的看法。米勒認(rèn)為,將氣候保護(hù)與塑料生產(chǎn)結(jié)合起來,比單純地將二氧化碳儲(chǔ)存到地下有意義得多。目前米勒領(lǐng)導(dǎo)的研究人員已在亞琛工大建立了一個(gè)催化劑研究中心,并和位于勒弗庫森的德國(guó)拜耳化學(xué)公司合作,共同研究如何從二氧化碳中生產(chǎn)廉價(jià)的聚碳酸酯塑料。聚碳酸酯塑料是生產(chǎn)塑料瓶、DVD光碟和鏡片等塑料制品非常普遍的原料,每年全球的需求量達(dá)數(shù)百萬噸。因此,如果能夠研究成功從二氧化碳廉價(jià)生產(chǎn)聚碳酸酯的工藝,其應(yīng)用前景將非常廣闊。米勒認(rèn)為,雖然利用二氧化碳生產(chǎn)塑料原料并不能完全解決全球氣候變暖的問題,但對(duì)減緩氣候變暖會(huì)有很大的貢獻(xiàn)。米勒同時(shí)也表示,這項(xiàng)工藝的研究也并非很容易,因?yàn)槎趸际欠浅7(wěn)定的化學(xué)分子,要使其發(fā)生化學(xué)轉(zhuǎn)化,本身就要消耗能源,另外還需要研究特殊的催化劑,估計(jì)至少還需要數(shù)年才能進(jìn)入工業(yè)化應(yīng)用。
德國(guó)和日本的化學(xué)家提出,用工業(yè)生產(chǎn)排放的廢氣二氧化碳做成塑料,可用來生產(chǎn)CD和DVD光碟等,以減緩全球變暖的趨勢(shì)。他們提出,石油化工等工業(yè)企業(yè)每年產(chǎn)生大量二氧化碳廢氣,可成為廉價(jià)的制造聚碳酸酯塑料的原材料。將二氧化碳與另一種化學(xué)氣體混合,加入特殊的催化劑,可制成新的塑料材料。據(jù)悉,用新技術(shù)制造出的二氧化碳塑料比采用傳統(tǒng)方法生產(chǎn)的同類產(chǎn)品更加廉價(jià)和環(huán)保。
二氧化碳作為合成高分子材料的單體的研究工作受到了世界各國(guó)廣泛的重視。二氧化碳與環(huán)氧丙烷共聚物類的脂肪族聚碳酸酯是二氧化碳合成高分子材料領(lǐng)域的一大亮點(diǎn)。這類材料具有生物降解性能,不僅解決了當(dāng)前塑料制品難以降解而導(dǎo)致的白色污染問題,也減少了二氧化碳的排放。作為一類新型的脂肪族聚碳酸酯,二氧化碳與環(huán)氧丙烷共聚物具有透明性、生物降解性和氧氣阻隔性能等特點(diǎn),但是其性價(jià)比依然有待于大幅度改善,才能滿足實(shí)際應(yīng)用要求,今后仍需開展更深入的工作,推動(dòng)二氧化碳基塑料實(shí)現(xiàn)真正大規(guī)模的實(shí)際應(yīng)用。
2.中國(guó)發(fā)展進(jìn)展
作為節(jié)能環(huán)保型塑料原料,二氧化碳基聚合物具有良好的發(fā)展前景,而目前我國(guó)在二氧化碳基聚合物研發(fā)領(lǐng)域的絕對(duì)優(yōu)勢(shì),也為其產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供了良機(jī)。
2.1.發(fā)展進(jìn)展
自上世紀(jì)90年代起,中科院廣州化學(xué)所、浙江大學(xué)、蘭州大學(xué)、中科院長(zhǎng)春應(yīng)化所相繼開展了二氧化碳固定為可降解塑料的研究,并取得可喜進(jìn)展。
中科院廣州化學(xué)公司完成二氧化碳的共聚及其利用——二氧化碳高效合成為可降解塑料的研究,該項(xiàng)目的中試成果已轉(zhuǎn)讓給廣州廣重企業(yè)集團(tuán)公司,共同進(jìn)行二氧化碳可降解塑料5000噸/年工業(yè)化試驗(yàn)。該項(xiàng)目在催化劑方面,創(chuàng)新性地制備了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的多種擔(dān)載羧酸鋅類催化劑。該催化體系成本低、使用安全、制備簡(jiǎn)單,適合工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用。
2001年中科院長(zhǎng)春應(yīng)化所著手進(jìn)行二氧化碳的固定及利用的工業(yè)化研發(fā)工作,與蒙西高新技術(shù)集團(tuán)公司合作,經(jīng)過3年攻關(guān),建成了世界上第一條3000噸/年“二氧化碳基全降解塑料母!惫I(yè)示范生產(chǎn)線。國(guó)內(nèi)首套二氧化碳降解塑料工業(yè)化生產(chǎn)裝置于2004年初由內(nèi)蒙古蒙西高新技術(shù)集團(tuán)建成。該工程由內(nèi)蒙古輕化工業(yè)設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì),采用中科院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所技術(shù),生產(chǎn)規(guī)模為3000噸/年。據(jù)稱其產(chǎn)品可望部分取代聚偏氟乙烯、聚氯乙烯等醫(yī)用和食品包裝材料,并可用于一次性食品和藥物包裝。根據(jù)蒙西集團(tuán)提供的技術(shù)數(shù)據(jù),目前已批量生產(chǎn)的二氧化碳基塑料母粒主要有二氧化碳/環(huán)氧丙烷共聚物、二氧化碳/環(huán)氧丙烷/環(huán)氧乙烷三元共聚物、二氧化碳/環(huán)氧丙烷/環(huán)氧環(huán)己烷三元共聚物等3個(gè)品種。在強(qiáng)制性堆肥條件下,5~60天內(nèi)可完全分解。
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(苒兒)