2013級材料化學(xué)專業(yè)郭壯壯

1、- 高分子材料導(dǎo)論題目： 生物降解塑料 學(xué) 院 河北大學(xué)工商學(xué)院 學(xué)科門類 材料化學(xué) 專 業(yè) 材料化學(xué) 學(xué) 號 姓 名 郭壯壯 指導(dǎo)教師 趙洪池 2016 年 6月 10日生物降解塑料2015年的生產(chǎn)狀況摘 要生物降解塑料是指一類由自然界存在的微生物如細(xì)菌、霉菌（真菌）和藻類的作用而引起降解的塑料。理想的生物降解塑料是一種具有優(yōu)良的使用性能、廢棄后可被環(huán)境微生物完全分解、最終被無機化而成為自然界中碳素循環(huán)的一個組成部分的高分子材料?！凹垺笔且环N典型的生物降解材料，而“合成塑料”則是典型的高分子材料。因此，生物降解塑料是兼有“紙”和“合成塑料”這兩種材料性質(zhì)的高分子材料。關(guān)鍵詞：生物降解塑料 制

2、備 應(yīng)用 生產(chǎn)狀況Production situation of biodegradable plastics in 2015ABSTRACTBiodegradable plastics is a kind of by nature microorganisms such as bacteria, mold, fungi) and the role of algae caused by the degradation of plastics. Ideal of the use of biodegradable plastics is a kind of excellent performanc

3、e, microbes can be disposed complete decomposition, was eventually inorganic and become a part of the carbon cycle in the nature of the polymer materials. Paper is a kind of typical biodegradable material, and synthetic plastic is a typical high polymer material. Therefore, biodegradable plastics is

4、 both paper and synthetic plastic these two kinds of material properties of polymer materials.Key words: Biodegradable plastics，preparation ，application ，The production status目錄一 前 言1二 生物降解塑料的分類2三 生物降解塑料的發(fā)展進程5四 生物降解塑料的生產(chǎn)狀況7五 結(jié)論9參考文獻(xiàn)9一 前 言生物降解塑料又可分為完全生物降解塑料和破壞性生物降解塑料兩種。破壞性生物降解塑料當(dāng)前主要包括淀粉改性（或填充）聚乙烯PE、聚

5、丙烯PP、聚氯乙烯PVC、聚苯乙烯PS等。完全生物降解塑料主要是由天然高分子（如淀粉、纖維素、甲殼質(zhì)）或農(nóng)副產(chǎn)品經(jīng)微生物發(fā)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。以淀粉等天然物質(zhì)為基礎(chǔ)的生物降解塑料目前主要包括以下幾種產(chǎn)品：聚乳酸(PLA)、聚羥基烷酸酯(PHA)、淀粉塑料、生物工程塑料、生物通用塑料(聚烯烴和聚氯乙烯)1。二 生物降解塑料的分類從原材料上分類，生物降解塑料至少有以下幾種：聚己內(nèi)酯（PCL）這種塑料具有良好的生物降解性，熔點是62。分解它的微生物廣泛地分布在喜氣或厭氣條件下。作為可生物降解材料可把它與淀粉、纖維素類

6、的材料混合在一起，或與乳酸聚合使用。聚丁二酸丁二醇酯（PBS）及其共聚物以PBS（熔點為114）為基礎(chǔ)材料制造各種高分子量聚酯的技術(shù)已經(jīng)達(dá)到工業(yè)化生產(chǎn)水平。日本三菱化學(xué)和昭和高分子公司已經(jīng)開始工業(yè)化生產(chǎn)，規(guī)模在千噸左右。中科院理化研究所也在進行聚丁二酸丁二醇酯共聚酯的合成研究。中科院理化研究所已經(jīng)和山東匯盈公司合作建成了年產(chǎn)25000噸的PBS及其聚合物的生產(chǎn)線、廣東金發(fā)公司建成了年產(chǎn)1000噸規(guī)模的生產(chǎn)線等。清華大學(xué)在安慶和興化工有限公司建成了年產(chǎn)10000噸PBS及其共聚物的生產(chǎn)線。聚乳酸（PLA）美國Natureworks公司在完善聚乳酸生產(chǎn)工藝方面做了積極有效的工作，開發(fā)了將玉米中的葡

7、萄糖發(fā)酵制取聚乳酸，年生產(chǎn)能力已達(dá)1.4萬噸。日本UNITIKA公司，研發(fā)和生產(chǎn)了許多種制品，其中帆布、托盤、餐具等在日本愛知世博會被廣泛使用。中國產(chǎn)業(yè)化的有浙江海生生物降解塑料股份有限公司（規(guī)模5000千噸/年生產(chǎn)線），正在中試的單位有上海同杰良生物材料有限公司、江蘇九鼎集團等。聚羥基烷酸酯(PHA)國外實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的主要為美國和巴西等國。國內(nèi)生產(chǎn)單位有天津國韻生物材料有限公司（規(guī)模1萬噸/年）2、寧波天安生物材料有限公司（規(guī)模2千噸/年），正在中試的單位有江蘇南天集團股份有限公司等。利用可再生資源得到的生物降解塑料，把脂肪族聚酯和淀粉混合在一起，生產(chǎn)可降解性塑料的技術(shù)也已經(jīng)研究成功。在歐

8、美國家，淀粉和脂肪族聚酯的共混物被廣泛用來生產(chǎn)垃圾袋等產(chǎn)品。國際上規(guī)模最大、銷售最好的是意大利的Novamont公司，其商品名為Mater-bi，公司的產(chǎn)品在歐洲和美國有較大量的應(yīng)用。國內(nèi)研究和生產(chǎn)的單位很多，其中產(chǎn)業(yè)化的單位有武漢華麗科技有限公司（規(guī)模4萬噸/年）、浙江華發(fā)生態(tài)科技有限公司（8千噸/年）、浙江天禾生態(tài)科技有限公司（5千噸/年）、福建百事達(dá)生物材料有限公司（規(guī)模2千噸/年）、肇慶華芳降解塑料有限公司（規(guī)模5千噸/年）等。脂肪族芳香族共聚酯德國BASF公司所制造的脂肪族芳香族無規(guī)共聚酯（Ecoflex），其單體為：己二酸、對苯二甲酸、1,4-丁二醇。生產(chǎn)能力在14萬噸/年。同時開

9、發(fā)了以聚酯和淀粉為主的生物降解塑料制品。聚乙烯醇（PVA）類生物降解塑料如意大利NOVMANT的MaterBi產(chǎn)品在上世紀(jì)90年代主要是在淀粉中加入PVA，它能吹膜，也能加工其它產(chǎn)品。聚乙烯醇類材料，需要經(jīng)過一定的改性后方具有良好的生物降解性能，北京工商大學(xué)輕工業(yè)塑料加工應(yīng)用研究所在這方面取得了一定成果。二氧化碳共聚物國外，最早研究二氧化碳共聚物的國家主要為日本和美國，但一直沒有工業(yè)化生產(chǎn)。國內(nèi)內(nèi)蒙古蒙西集團公司采用長春應(yīng)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)氧化合物共聚物樹脂的裝置，產(chǎn)品主要應(yīng)用在包裝和醫(yī)用材料上。中科院廣州化學(xué)研究所陳立班博士開發(fā)的低分子量二氧化碳共聚物技術(shù)已

10、在江蘇泰興開始投產(chǎn)，品種是低相對分子質(zhì)量二氧化碳/環(huán)氧化合物共聚物，用來作為聚氨酯發(fā)泡材料的原材料，用于家用電器等的包裝。河南天冠集團采用中山大學(xué)孟躍中教授的技術(shù)，已經(jīng)建成中試規(guī)模的二氧化碳共聚物生產(chǎn)線，預(yù)計今年能中試生產(chǎn)。其它如甲殼素、聚酰胺、聚天冬酸、聚糖、纖維素等均在研發(fā)之中。聚-羥基丁酸酯(PHB)從世界范圍看，PHB及PHBV是公認(rèn)的最有希望的生物降解塑料之一，也是正在開發(fā)的新產(chǎn)品。技術(shù)方的中試生產(chǎn)成本約40元人民幣/公斤，工業(yè)化投產(chǎn)后產(chǎn)品的成本將會進一步降低，價格優(yōu)勢明顯，尤其是技術(shù)方的生產(chǎn)工藝簡單和設(shè)備簡易，便 于推廣并進行大規(guī)模生產(chǎn)。三 生物降解塑料的發(fā)展進程根據(jù)日本生物降解塑

11、料研究會的資料，2002年日本生物降解塑料生產(chǎn)量約1萬噸，2003年約2萬噸，2005年約4萬噸，到2010年預(yù)計達(dá)到1020萬噸左右。根據(jù)歐洲生物塑料協(xié)會資料，2001年的數(shù)字顯示，歐盟可生物降解產(chǎn)品的消費量為2.53萬噸，而傳統(tǒng)聚合物的用量高達(dá)3500萬噸。歐洲生物塑料協(xié)會預(yù)計2010年傳統(tǒng)聚合物的用量將達(dá)到5500萬噸，而生物降解塑料的用量屆時會達(dá)到50100萬噸?？缮锝到獠牧献罱K可能會占據(jù)10%的市場份額。在生物降解材料中原料采用可再生資源的比例將占到90%以上。按照中國塑協(xié)降解塑料專業(yè)委員會的統(tǒng)計，中國2003年生物降解材料的用量約15000噸，其中不添加淀粉的生物降解聚合物約10

12、00噸。2005年從事生物降解塑料的企業(yè)約30家，生產(chǎn)能力6萬噸/年，實際生產(chǎn)約3萬噸，國內(nèi)市場需求約5萬噸，國外進口1萬噸，出口2萬噸。預(yù)計2010年產(chǎn)能將達(dá)到25萬噸左右，詳見前瞻中國生物降解塑料行業(yè)深度調(diào)研與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報告。一些發(fā)達(dá)國家還以循環(huán)經(jīng)濟思想為指導(dǎo)，使用可降解一次性用具，如瑞典在20世紀(jì)80年代末就試制馬鈴薯和玉米制的一次性快餐盒，韓國用法律強制性規(guī)定使用用糯米做的牙簽等。歐洲制定了有關(guān)可生物降解堆肥塑料的標(biāo)準(zhǔn)EN13432利于堆肥和生物降解來回收的包裝物試驗和最終評價的要求，而其他有關(guān)推進有機廢棄物堆肥處理的政令在積極制訂和準(zhǔn)備中。美國政府從1996年起設(shè)置了總統(tǒng)綠色化

13、學(xué)挑戰(zhàn)獎，鼓勵發(fā)展生物降解塑料產(chǎn)業(yè)。紐約州1989年開始禁止使用非生物降解蔬菜袋，對生產(chǎn)降解塑料的廠家給予補貼，并要求市民將可再生與不可再生垃圾分開，否則罰款500美元。其他一些國家也采取了類似對策：印度已經(jīng)立法禁止在奶制品行業(yè)使用塑料包裝；南非法律已經(jīng)全面禁止使用塑料包裝袋。隨著各國立法的發(fā)展，可生物降解的新型包裝材料可望日益普及。在中國，隨著對降解塑料理解的加深，已充分認(rèn)識到這種材料及其產(chǎn)業(yè)對中國可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略作用?？缮锝到馑芰系钠占皯?yīng)用已是眾望所歸。中國人大于2004年通過了可再生能源法（草案）和固廢法（修訂），鼓勵再生生物質(zhì)能的利用和降解塑料推廣應(yīng)用。在國家發(fā)展和改革委員會2005

14、年的40號文件中，也明確要鼓勵生物降解塑料的使用和推廣。2006年，國家發(fā)展和改革委員會又啟動了關(guān)于推廣生物質(zhì)生物降解材料發(fā)展的專項基金項目。四 生產(chǎn)現(xiàn)狀到2019年，生物降解塑料產(chǎn)業(yè)的市值將以13.01%的年均增長率增長至34.77億美元。20142019年歐洲生物降解塑料市場預(yù)計將以12%的年均增速增長。生物降解塑料迎來快速發(fā)展期。而此前生物降解塑料的概念雖被炒得火熱，但應(yīng)用始終未能放量。生物降解塑料主要應(yīng)用于包裝、纖維、農(nóng)業(yè)、注塑等領(lǐng)域，其中在包裝行業(yè)的應(yīng)用最為廣泛，2015年約占市場總量的60%，食品包裝需求又占生物降解塑料包裝市場70%以上份額;注射成型應(yīng)用市場是生物可降解塑料需求增

15、長的主要動力。截止2015年末歐美地區(qū)是生物降解塑料的主要市場。據(jù)統(tǒng)計，2015年歐洲和北美市場的生物降解塑料大約分別占全球的54%和28%。歐洲議會環(huán)境委員會今年上半年通過了關(guān)于減少一次性輕型塑料袋使用量的草案。草案建議歐盟28個成員國按照兩步走的方式，切實減少塑料袋的使用，以達(dá)到2019年超薄塑料袋使用量比2010年下降80%的目標(biāo)。這一決議有望大大拉動生物降解塑料的市場需求，在未來5年有望為相關(guān)制造商創(chuàng)造巨大的增長機會。3但是，盡管有關(guān)降解塑料的研究和報道較多，但許多具體問題不能解決，推廣異常困難，前景不容樂觀。原因是：一是因為可降解塑料袋承重能力低，不能滿足顧客多裝東西和反復(fù)使用的要求

16、；二是可降解塑料袋色澤暗淡發(fā)黃，透明度低，給人一種不夠清潔和難看之感，用起來不放心；三是價格偏高，由于商家是免費贈送，所以成本難以接受。又如，為解決EPS快餐飯盒對環(huán)境的污染問題。試圖用紙飯盒或可降解塑料飯盒代替。但是由于存在下述原因，極難推廣：一是EPS強度高、質(zhì)輕、保溫性好；二是紙飯盒價格是EPS的1.52.5倍；三是即使采用降解PP飯盒，其性能也比不上EPS。中國有關(guān)部門要求使用植物纖維制作一次性餐具代替EPS。然而，由于在這種植物纖維餐具的成型過程中使用了高分子熱溶膠，所以仍然存在處理問題及殘留在植物纖維餐具中的農(nóng)藥含量控制問題。因此，開發(fā)研究降解塑料仍有很長的路要走。生物降解塑料產(chǎn)業(yè)

17、發(fā)展正面臨五大難題。第一是技術(shù)不夠成熟，降解塑料制品的性能還無法完全滿足各種消費需求。盡管市場上已有的生物降解塑料品種眾多，但每種材料本身的機械和加工性能只在某一方面突出，綜合性能還存在這樣或那樣的不足。目前國內(nèi)在降解塑料制品加工研究方面的力量尚顯薄弱，大部分企業(yè)將關(guān)注的重點集中在材料合成上，忽略了制品加工開發(fā)，一些生物降解塑料制成的餐飲用具在耐熱、耐水及機械強度方面與傳統(tǒng)塑料制品相差較遠(yuǎn)。第二是成本問題。生物降解塑料產(chǎn)品的價格尚難與石油基產(chǎn)品競爭，這就需要通過技術(shù)進步不斷降低生產(chǎn)成本和產(chǎn)品價格。第三是缺乏有力的政策或法律法規(guī)支撐。在國外，政府通過設(shè)立專項發(fā)展基金、稅收優(yōu)惠等政策支持生物降解塑

18、料產(chǎn)業(yè)發(fā)展，目前中國在這方面的支持力度逐漸加強，宏觀政策支持也越來越多，但缺少細(xì)則，不利于生產(chǎn)型企業(yè)的發(fā)展。第四是企業(yè)資金不足和融資難問題。中國生物降解塑料企業(yè)規(guī)模還不夠大，而生物降解塑料行業(yè)回報周期又超出了預(yù)期設(shè)計，產(chǎn)生了企業(yè)資金不足和融資難問題。第五是評價體系尚不完善。生物降解塑料是新興產(chǎn)業(yè)，許多材料及制品開發(fā)出來后，沒有自己的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，給貿(mào)易帶來許多不便和糾紛。中國雖然早期由全國塑料制品標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會專門成立了生物質(zhì)和生物降解塑料工作組，2008年國家標(biāo)準(zhǔn)委又成立了全國生物基材料及降解塑料相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定機構(gòu)，但由于經(jīng)費支持不夠，相關(guān)工作進展緩慢。為此，與會專家建議，國家要在法律上明確生物

19、降解塑料在現(xiàn)代循環(huán)經(jīng)濟體系中的地位和重要性，在政策上給予大力支持，對生物降解塑料制品的應(yīng)用和發(fā)展采取補貼政策，在稅收上細(xì)化優(yōu)惠措施，并設(shè)立國家專項發(fā)展基金，引導(dǎo)各種資金進入，以推動降解塑料產(chǎn)業(yè)發(fā)展。專家還建議政府有關(guān)部門協(xié)助企業(yè)和科研機構(gòu)技術(shù)創(chuàng)新，推動成熟技術(shù)的研發(fā)和推廣；積極開發(fā)廉價且來源廣泛的原料，使用成熟技術(shù)和加工工藝；對微生物合成塑料，要積極尋找高效的菌種和低成本培養(yǎng)基，開發(fā)最佳發(fā)酵工藝和成型工藝設(shè)備，將生產(chǎn)成本降低；加強在生物降解塑料標(biāo)準(zhǔn)、測試技術(shù)等方面的投入，完善產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。此外，從應(yīng)用領(lǐng)域考慮，對不可回收的醫(yī)用塑料制品、垃圾袋、堆肥袋、農(nóng)藥瓶、化妝品容器等一次性塑料制品，可采取食用

20、淀粉或無機礦物質(zhì)填充的方法，開發(fā)高質(zhì)量、價格更加低廉的完全生物降解塑料制品。五 結(jié)論生物降解塑料制品的性能還無法完全滿足消費者需求，盡管市場上已有的品種眾多，但每種材料本身的機械和加工性能只是某一方面有突出的特性，綜合性能還存在這樣或那樣的不足，這一點將是制約其市場應(yīng)用推廣的瓶頸之一。在開發(fā)生物降解塑料制品的同時，國內(nèi)企業(yè)應(yīng)該注意加快有自主知識產(chǎn)權(quán)、創(chuàng)新型產(chǎn)品和用途的開發(fā)。其次是目前國內(nèi)從事制品加工研究的力量尚顯薄弱，大部分企業(yè)將關(guān)注的重點集中在材料合成上，而忽略了制品加工開發(fā)，一些生物降解塑料做成的餐飲具在耐熱、耐水及機械強度方面與傳統(tǒng)塑料制品相差較遠(yuǎn)，而這一點恰恰是生物降解塑料能否大規(guī)模市

21、場化的關(guān)鍵。我們還需要完善垃圾回收處理體系，加快制訂相關(guān)政策和法規(guī)，加強中國塑料加工工業(yè)協(xié)會降解塑料專業(yè)委員會的行業(yè)橋梁作用，給與行業(yè)協(xié)會資金支持，利用行業(yè)協(xié)會加強對企業(yè)投資、生產(chǎn)方向、產(chǎn)品定位等的引導(dǎo)，促進行業(yè)內(nèi)外交流，促進國內(nèi)外交流和貿(mào)易，以及充分的政策調(diào)研和行業(yè)統(tǒng)計工作等。參考文獻(xiàn)：1 Kim Y H. Hyperbranched polyarylene P. US , 1989.2 Inoue K. Functional dendrimers, hyperbranched and star polymersJ. Progress in Polymer Science, 2000, 25

22、: 453-571.3 趙輝, 王琳, 羅運軍, 等. 超支化聚合物的應(yīng)用研究進展J. 工程塑料應(yīng)用, 2004, 32(4): 67-69.4 陳夢茹, 金養(yǎng)智. 超支化聚合物J. 熱固性樹脂, 2003, 18(1): 24-27.5 Frechet J M J, Hawker C J. Hyperbranched polyphenylene and hyperbranched polyesters: new soluble, three-dimensional, reactive polymers J. Reactive & Functional Polymer, 1995, 26:12

23、7-136.6 Frechet J M J. presented at the 35th IUPAC Int. Symp. on Macromolecules, Akron, Ohio, USA, 1994.7 Hawker C J, Chu F. Hyperbranched Poly(ether ketones): Manipulation of Structure and Physical Properties J. Macromolecues, 1996, 29(12): 4370-4380.8 M. Seiler , D. Kohler, W. Arlt . Hyperbranched

24、 polymers: new selective solvents for extractive distillation and solvent extract ion J. Separation and Purification Technology, 2003, 30: 179-197.9 施彩娟, 王康成. 超支化聚酯的合成及在不同酸度下的聚集形態(tài)J. 湖州師范學(xué)院學(xué)報, 2003, 25: 38- 44.10 Schmaljohann D, Haubler L, et al. Modification with alkyl chains and the influence on thermal and mechanical properties of aromatic hyperbranched polyestersJ. Macromol. Chem. Phys., 2000, 201(1): 49-57.11 Bohme F. Hyperbranched poly(ether amide)s via nucleophilicring opening reaction of ox azolines J. High Perform Polymer, 2001, 13(2): 21-31.12 Kumar A, Ramakris