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    全生物降解塑料技術在降解塑料行業中的競爭力分析

    2019-02-20 01:30:50 BY: 瀏覽:

    全生物降解塑料技術在降解塑料行業中的競爭力分析

    目前,國內外除生態全生物降解塑料技術外,對降解塑料的研究方向還包括填充型(淀粉)降解塑料、光降解塑料、完全生物降解塑料三大類,其技術發展現狀和趨勢如下:
    (1)淀粉填充型降解塑料
    淀粉填充型降解塑料是通過在生產過程中向普通塑料中加入易降解成分淀粉得到的。通過淀粉的摻入,可以賦予材料部分降解的性能。
    ①降解原理及優勢:
    淀粉填充型降解塑料的降解過程為部分降解,其體系中的淀粉成分具有良好的生物降解性能,在降解過程中在微生物的作用下被分解。體系中淀粉降解的結果導致材料整體力學性質大幅度降低而崩潰成碎片或呈網架式結構,殘留的塑料仍以一種低強度的多孔結構的形態繼續存在,隨后發生結構崩解,形成微小的塑料碎片。淀粉填充型降解塑料具有原料來源廣、成本低的優點。
    ②技術缺陷:
    由于聚烯烴與淀粉不兼容,即使對淀粉進行改性,也存在混摻后強度差、透光性差、降解時間不可控等問題,在實際的應用中受到諸多限制。更重要的是,其降解結果是僅淀粉部分發生有效降解,塑料部分發生結構上的崩解,為物理變化過程,導致塑料難以生物降解的高分子量和疏水性則未發生變化。最終的降解結果是高分子量的塑料成分崩解形成微塑料顆粒,混雜在土壤和水體中,極難清除,并隨食物鏈進入動物體內,最終威脅人類的食品安全。由于加工工藝和材料性能的限定,淀粉填充型塑料中淀粉的摻入量通常無法超過30%,其余部分均為高分子量的塑料基材。若該類材料大量使用,必然導致更為嚴重的微塑料污染。
    (2)光降解塑料
    ①降解原理:
    聚合物通過光的物理吸收過程而引起光化學反應,脫出聚合物分子鏈上的氫原子而形成自由基。通常形成的自由基在有氧存在的條件下便發生氧化反應,形成過氧化基團以維持降解過程。過氧化基團和氫原子作用形成過氧化氫并脫出。過氧化物只需吸收光線中比紫外線稍低的能量,通過聚合物中殘留的微量金屬的催化作用很快便可分解。常用的光敏劑有過渡金屬絡合物、硬脂酸鹽、N,N- 二丁基二硫代氨基甲酸鐵等。另外可以根據添加劑本身所具有的光催化氧化作用以及氧化還原作用來促進聚合物的光降解。該方法與傳統塑料加工工藝兼容,只需在生產過程中向普通塑料中添加光敏劑即可,操作簡單、制備容易、生產成本較低、強度較好。
    ②技術缺陷:
    塑料制品的生產需經熱加工,有機光敏劑在加熱過程中極易發生降解,從而嚴重影響降解效果。此外,光降解塑料的降解速度比較難以控制,其降解過程影響因素眾多,此外也無法控制光降解發生的時間和周期。這一缺陷對其在農用地膜領域的應用影響尤其顯著。以光降解地膜為例,農田中光照、灌溉、作物遮陰以及農事操作等的影響導致其降解過程難以控制,且埋土部分無法接受光照,不能發生降解。而作為農業中非常重要的生產資料,一旦地膜出現提前降解的問題,會嚴重影響作物生長,使產量大大降低,影響農民收入。
    (3)完全生物降解塑料
    完全生物降解塑料不含或很少含有聚烯烴類物質,主要是由天然高分子(如淀粉、纖維素、甲殼質)或農副產品經微生物發酵或合成具有生物降解性的高分子制得,如熱塑性淀粉塑料、脂肪族聚酯、聚乳酸、淀粉/聚乙烯醇等均屬這類塑料,其降解產物可成為微生物的營養源而能被完全消化。
    ①降解原理:
    當前經過多年的市場篩選,被普遍認為具有研究價值和應用前景的全生物降解塑料主要包括:聚己內酯(PCL)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)及其共聚物、聚乳酸(PLA)、聚己二酸/對苯二甲酸丁二酯(PBAT)、聚羥基烷酸酯(PHA)。其中,聚乳酸由于原料來源廣且價格低廉,同時還能緩解當前國內玉米產量過剩問題,受到了廣泛的關注。目前已有多家企業投產PLA及其制品產線。完全生物降解塑料的優點在于:一方面其原料來源于生物基,不消耗石化資源。另一方面在于其完全降解性,可在一定條件下被微生物徹底分解為二氧化碳和水,被自然界完全消納,被認為是解決白色污染的理想途徑。
    ②技術缺陷:
    目前全生物降解塑料的種類較多,其性能不盡相同,也各自存在不足之處。較普遍的缺陷主要必須表現在以下幾個方面:使用性能、降解可控性、加工性能和成本。使用性能方面,雖然通過改性、混摻等工藝使其拉伸性能、強度有了明顯改善,但其性能與聚乙烯等傳統塑料間仍存在諸多差距。全生物降解塑料受性能限制,仍難以實現6μm及更低厚度薄膜的吹制;隔水性能差,水蒸氣透過率遠高于聚乙烯薄膜。這些缺陷嚴重限制了其在食品包裝、農用地膜領域的應用。加工性能方面,全生物降解塑料存在質脆、抗溶劑性差和耐熱性差的缺陷,對加工工藝要求較高,生產成品率低。降解性能方面的不足則主要是表現為其降解過程受水分、溫度、光照、PH的綜合影響,降解開始時間、降解周期難以控制,作為地膜等時控性產品材料具有較高的風險。此外,全生物降解塑料目前成本仍比較高(3-8萬元/噸),使用成本遠高于傳統塑料,推廣應用阻力較大。
    相對于其他技術,生態全生物降解塑料技術具有降解時間可控,物理性能好,價格適中的特點,相對于同行業其他技術具有一定的優勢。

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