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可降解塑料的研究进展(上)

关键字：降解塑料地膜,一次性包装材料,生物降解塑料,降解塑料市场

摘要：目前我国降解塑料开拓的应用领域主要是农田、包装和日用一次性消费品。降解塑料地膜处于示范应用阶段，一次性包装材料及日用杂品正推向市场，完全生物降解塑料处于中试阶段，并可望走向产业化。从总体上看，除合成型光降解、完全生物降解塑料外，我国降解塑料的研发进程已与世界同步，技术水平接近或相当世界先进水平……

从全球来看，目前生产降解塑料的主要国家有美国、意大利、德国、加拿大、日本、中国等。

卡吉尔-陶氏聚合物公司2002年在美国的巴拉尔建成了14万吨/年的聚乳酸(PLA)生物聚酰胺(pa)由于它独特的低比重、高抗拉强度、耐磨、自润滑性好、冲击韧性优良、具有刚柔兼备的性能而赢得人们的重视降解塑料生产装置。该装置以玉米等谷物为原料，通过发酵得到乳酸，再聚合生产可生物降解塑料聚乳酸。该公司到2009年，拟将美国聚乳酸生产能力提高到45万吨/年，并转让该技术以期在亚洲、欧洲和南美建厂，预计10年后生产能力达到100万吨/年。通过改进技术降低生产成本，预计7年后，聚乳酸的生产成本、销售价格可达到与通用热塑性塑料相竞争的水平。卡吉尔-陶氏公司与意大利Amprica公司和台湾威猛工业公司(W大力开发新固定头产品MI)合作，推进卡吉尔-陶氏公司由谷物生产的聚合物NatureWork聚乳酸并应用于包装材料。NatureWorks树脂的包装性能相当甚至优于传统的以石油为原料的聚合物包装材料，具有高透明度、高光泽度等优点，并具有持久宜人的香味，可耐绝大部分食品中的油脂，并且热封起始温度低(80℃)，强度高。该材料可以加工成薄膜、刚性瓶和各种容器，也可以拉伸取向，采用现有设备热成型、涂覆和印刷。

EMS英威达-费希尔(InventaFisher)公司也计划将其基于聚乳酸的生物降解聚合物生产工艺推向工业化，该公司与德国AIB农业技术研究院和FIAP聚合物研究院合作，在德国农业部支助下，开发了基于淀粉技术生产的PLA。该公司将投资3000万美元在德国东部建设3000吨/年PLA验证装置，并计划将其放大到2.5万吨/年。该工艺可使谷物、裸麦或小麦通过连续发酵转化成乳酸，再聚合成PLA，提纯过程采用膜法工艺。该公司将在两年内使用该工艺生产纤维级PLA。该技术可应用于达10万吨/年的装置，生产费用约为1.25欧元/千克，而3000吨/年装置生产费用为2.2欧元/千克，与其他工程塑料相比也具有较好的经济竞争力。

日本NEC公司已开发出应用于电子工业制品的阻燃级生物降解塑料，该材料以聚乳酸为基础树脂，不含有毒助剂，是一种环境友好材料。该产品已通过美国两种阻燃试验，添加的阻燃剂为一种安全无毒的无机材料，开拓了生物降解塑料在电子产品上的应用。这种新材料有一定耐热性，可采用注塑机加工成形，强度与玻纤增强聚碳酸酯相当。NEC公司同时也开发出电子应用规格的生物降解塑料，材料中含聚乳酸和20%名为Kenaf（泽麻）的天然纤维。这种新材料用于电子产品包装，即包封硅芯片。据称，以前没有一种生物降解塑料能达到电子包装要求的耐热性和刚性，而这种新材料的热变形温度为120℃，几乎比不增强的PLA(67℃)高一倍，弯曲模量7.6GPa，也高于不增强PLA的4.5GPa。新材料将替代ABS和玻纤增强ABS。

<纯银触点p>日本Ebara公司开发了从食品加工废料得到葡萄糖生产L乳酸的方法，此开发项目旨在使废物转化成可生物降解聚L乳酸聚合物所用的单体。该工艺使食品加工废料或食品废料在约40℃~60℃下利用酶进行糖化回收葡萄糖，葡萄糖再通过添加L-lactobacilli丙酸细菌和氨在厌氧条件下发酵生成L乳酸。2003年内该公司将建成36l/hr处理能力的生产装置。

生物降解聚合物聚丁烯琥珀酸酯(PBS)也已较多地用作废物袋和农业薄膜，在某些领域，PBS也可替代聚烯烃和聚苯乙烯。三菱化学公司利用石化原材料生产PBS，2003年5月起产量已达到3000吨/年，到2004年，昭和电工已使日本龙野的PBS装置生产能力翻番，达到6000吨/年。三菱化学公司也在与Ajinomoto公司合作开发基于生物技术的PBS生产工艺，从植物淀粉制取琥珀酸。和田玉这两家公司将建设生物基琥珀酸装置，到2006年产能将达3万吨/年。据称，生物基聚丁烯琥珀酸酯(PBS)将比聚乳酸更为便宜，可望在生物降解领域加快替代应用。三菱气体化学公司(MGC)在日本四日市建成400吨/年脂肪族聚碳酸酯生物降解塑料中型装置，2004年建成1万吨/年工业化装置。该生物降解塑料售价为通用PE价格的150%，使用时与基于聚乳酸的生物降解塑料混合使用。

巴斯夫公司在德国路德维希港建成第一套工业规模可生物降解的Ecoflex脂肪烃-芳烃共聚酯聚合物装置，生产能力为8000吨/年，现又决定在施瓦赤登建设6000吨/年的生产装置，定于2006年初投产。

日本催化合成公司于2002年底投产了4~5万吨/年聚乙烯琥珀酸酯生物降解树脂，该生物降解树脂由琥珀醛和乙二醇生产。中型装置生产的产品已成功应用于农业薄膜。

聚b-羟基丁酸酯(PHB)是生物降解性聚酯，可由细菌生产，其性质与PP相似，但其发酵生产费用高，使之很难大规模推向工业化。美国Cornell大学发现了加速反应的新型催化剂［Lewisacid］+［Co(CO)4］-，从而为经济的化学途径生产PHB带来了机遇。

夏威夷大学的夏威夷天然能源学院开发了从食品废料制造可生物降解聚合物PHB工艺。该工艺采用厌氧细菌分解食品废物，释放出乳酸和丁酸作为副产物，这些酸类从浆液中取出，并在含有磷酸盐和硫酸盐的营养液中通过硅酮膜扩散进入含Ralstoniaeutropha细菌的充气悬浮体中，这些细菌将酸转化为聚合物，PHB用离心分离方法得到。与ICI工艺相比，该工艺的成本显著降低。另外，如果扩散膜由硅酮改为聚酯，最终将产生较粘稠的可生物降解聚合物聚3-羟基丁酸酯-3-羟基戊酸酯(PHBV)。采用该工艺，每100kg食品浆液可制取22kg聚合物。

俄罗斯和乌克兰的研究人员成功地研制出了一种可生物降解的聚氨酯(PU)基复合材料。研究人员将微晶纤维素粉末添加到聚氨酯中，纤维素可生物降解，并且能与聚氨酯很好地相容。

拜耳公司开发了淀粉-聚氨酯掺混物，适用于并且掌握全部检测操作流程包装和薄膜的制造，可完全生物降解。这种掺混物由天然谷物淀粉与乳化的聚氨酯制取，由含水的淀粉与聚氨酯-聚脲悬浮体在80℃~150℃下生产，过量的水在混合时或在挤压过程被蒸发掉。这种材料可采用注模、吹模和挤出加工，所得掺混物完全生物降解，并具有极好的成膜性和机械性能，甚至在鞭炮淀粉比例超过90%情况下，聚合物掺混物仍有很好的机械性能。由于采用天然淀粉和工业化的聚氨酯悬浮体，故生产费用较低。

美国Warner-Lawbert公司建立了一套4.5万吨／年的工业化生产线，大规模生产淀粉系列的生物降解塑料，并有3个同等规模的生产线正在建设中。美国杜邦公司和伊士曼公司生产聚酯系列生物降解塑料，商品名分别为“Biomax”和“Faster-Bio”，主要用于家用垃圾袋、餐具、尿布、花盆、农用薄膜等，其产品正在德国市场推广。

美国ECMBiofilms公司开发的ECM母料粒料添加剂，与各种塑料树脂混合后，可使最终产品能够发生生物降解。这种添加剂对环境没有污染，而且能够保持塑料原有的机械特性和使用寿命。

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