塑料行业循环经济的研究与发展.doc

塑料行业循环经济的研究与发展 杨明锦 《塑料》杂志 主编、北京市塑料研究所 教授级高工 科学家指出：地球上亿万年积累的化石能源（石油、天然气、煤等），仅能支撑300年的大规模开采就将面临枯竭。面对即将到来的能源危机，全世界认识到必须采取开源节流的战略，即一方面节约能源，循环利用，另一方面开发新能源。 我国的能源消耗总量已经位居全球第二位，我国向大气排放的二氧化碳等温室气体量也已经是全球第二位 。据悉2003年我国消耗了全世界7.4%的石油，31%的原煤，而实现的GDP只是全世界的4%。为解决能源危机，世界各国和我国都在致力于新型能源的开发、节约资源和资源的循环利用。 1 新型能源的开发包括：核能、风能、太阳能和生物能源 1.1 生物能源与其它新型能源相比不但不会污染环境，更由于生物不断生长循环，可提供人类源源不绝的能源来源，生物能源是一种可再生的清洁能源，开发和使用生物能源，符合可持续的科学发展观和循环经济的理念。因此，利用高技术手段开发生物能源，已成为当今世界发达国家能源战略的重要部分。不少国家利用玉米、甘蔗、杂草等产生能源，例如巴西使用甘蔗提炼乙醇（酒精）供汽车使用。美国伯克利国家实验室正在研究用白蚁解决未来能源危机。 1.2 新型资源的开发 1.2.1 天然生物降解塑料 淀粉塑料 淀粉作为天然化合物广泛应用于生物降解包装材料。含淀粉和果胶的水淀性薄膜加入增塑剂（如甘油、聚羟乙二醇）后能被细菌分解。应当指出的是，随着淀粉含量的增加，薄膜的脆性也增大。含天然淀粉、直链淀粉及少量弱酸的复合材料通过挤出成型可生产板材和包装制品。 1.2.2 合成生物降解塑料 近年来人们正积极研制开发含聚酯类生物降解复合材料，这样就可大规模生产堆肥制品，生产的制品具有很高的物理—机械性能而且价格容易接受。目前全球研发的BDP品种已达几十种，但进入批量生产和工业化生产的品种只有微生物发酵合成的聚羟基脂肪酸酯（PHA、PHB、PHBV等）；聚乳酸（PLA）、聚己内酯、（PCL）、二元醇二羧酸脂肪族聚酯（PBS）、脂肪族∕芳香族共聚酯、二氧化碳∕环氧化合物共聚物（APC）、聚乙烯醇（PVA）等；天然高分子淀粉基塑料及其BDP共混物、塑料合金，如淀粉/PVA、淀粉/PCL、淀粉/PLA等。 聚乳酸（PLA） 20世纪在八十年代，人们开发了用乳酸制备的新型聚酯类高分子材料聚乳酸（PLA），该材料可以用来制备众多塑料制品，而且在废弃后能被自然界能为微生物完全降解，最终生成二氧化碳和水，对环境不产生污染。2002年美国Cargill和Dow化学在明尼苏达州合建了世界上年产14万吨的聚乳酸的生产厂NATUREWORKS公司，从而开创了用农产品生产塑料的产业化新时代。目前生物可降解塑料PLA各国已有很多专利。除了natureworks公司，日本岛津、三井、油墨公司、代塞尔化学公司，分别均有500~1000t/a装置，并均计划扩建。德国EmsInventa-Fischer公司，在德东部建年产3000吨PLA示范工厂。 目前生产聚乳酸的工艺为：由玉米淀粉经水解制成葡萄糖，再用乳酸杆菌厌氧发酵，发酵过程使用液体碱中和生成的乳酸，发酵液经过净化后，使用电渗析工艺制成纯度达到99.5%L－乳酸，然后在真空条件下3个乳酸分子自行聚合生成丙交酯，再开环缩聚成PLA。但在此过程中，必须选择专门的催化剂和引发剂；同时，丙交酯必须经过提纯，否则难以获得分子量较高的聚合物；此外为了防止副反应，还要采用惰性气体。目前PLA的最大的产业化规模已经达到14万吨/年，吨生产成本约为2500美元。 我国20世纪90年代研发成功L－乳酸，PLA列入国家攻关计划。中国食品发酵工业研究院承担了国家“十五”重点科技攻关项目“L－乳酸发酵新工艺和聚合新技术的研究”，通过刻苦攻关，产品纯度各项指标均达到规定要求，在聚乳酸的一步法合成工艺的研究在国内居领先水平。许多科教单位投入力量建有多套实验装置，如中科院长春应化所、天津南开大学、东华大学、华南理工大学、华东理工大学、浙江大学、武汉大学等。浙江海正药业已经建立了年产万吨PLA装置。 1.3 二氧化碳塑料 目前地球上每年净增二氧化碳90亿吨。如何实现将二氧化碳变成塑料的，最先在1969年由一位日本化学家提出并实现。普通的塑料原料，如聚乙烯、聚丙烯等聚合物是以烃为单体聚合而成，而二氧化碳基聚合物则是以烃和二氧化碳为原料共聚而成，其中二氧化碳含量占31%~50%，与常规聚合物相比，对烃及上游原料石油的消耗大大减少。?二氧化碳基聚合物使用后产生的塑料废弃物，可以通过回收利用、焚烧和填埋等多种方式处理，废弃的二氧化碳基聚合物可以像普通塑料一样回收后进行再利用。据悉，我国每年增加工业排放二氧化碳超过15亿吨，利用废气制塑不仅从源头上减少了污染，而且，这种新