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    行業資訊

    生物分解塑料的回收再利用技術-生物降解環保塑

    久信達發布于:2020-12-14文字:【大】【中】【小】

    塑料回收再利用技術可以分為物理方法(材料回收再利用和熱回收再利用)和化學方法(化學回收再利用)兩大類。其中材料回收再利用比較簡便而且成本低,像PET瓶子目前回收再利用的比率在90%以上,但是材料回收再利用無法避免重復再生的塑料制品的品質降低,從而使再生利用受到很大限制。

    化學回收再利用又可以分為廢塑料的氣化、油化、甲醇化回收,和廢塑料的單體化、低聚物化回收。從循環經濟角度的觀點來看,后者具有更大的優勢。化學回收再利用對生物分解塑料的回收處理上也是可行的。這是因為,生物分解塑料大都是靠容易發生水解的酯鍵和酰氨鍵結合而成的,比較容易發生解聚反應,所以比較容易進行單體化回收,因此,目前對生物分解塑料如何進行化學回收再利用的研究也正在逐漸增多。

    不管生物分解塑料是屬于微生物產生類、天然物類還是化學合成類,都要盡可能地謀求循環利用。這是因為,生物分解塑料通過循環利用,在生命周期整體上來看能量的消耗和二氧化碳產生量都會比較小。在這一點上,聚乳酸(PLA)等生物基聚合物也是一樣的。在這些物質的制造中,由于發酵工程和產生物的化學變換過程等中都需要相應的能量,所以才更需要謀求循環型回收利用。

    適用于生物分解塑料的回收再利用過程包括重復使用、材料回收利用、熱回收再利用、化學回收再利用和生物回收再利用等(圖8-1)。現在還是石油類生物分解塑料較多,今后,隨著生物質制造技術的發展,預期會逐漸變成生物基的生物分解塑料。但由于資源的有限性,即使是生物基的生物分解塑料,也要不斷研究制造工程和生命循環周期的簡化、移動的物質量的減少、材料的高性能化和高技能化,以及循環技術和相應的系統。

    生物分解塑料

    物理回收再利用

    材料回收利用是保持塑料的高分子狀態,進行熔融、溶解,然后加工成型成新的產品的方法。相比石化來源的塑料,生物分解塑料也應該先進行重復多次使用,然后進行材料回收利用。材料回收利用中難點在于異種聚合物和添加劑的混入,和混入了部分水解后的聚合物。生物分解塑料和PET等通用塑料一樣,收集后要進行雜質分離、挑選、粉碎等前處理,然后進行熔融、顆粒化等處理。一般地,根據塑料的用途不同,對性能的要求也會不同。所以,由于前面所說的原因,材料回收利用所得的塑料性能會降低,而無法再使用于同一用途,只能降級使用。

    因此,繼材料回收利用的方法之后,就要考慮化學回收再利用了。現在生物分解塑料的普及還十分有限,所以循環再生也受到限制。例如,在日本2005年愛知世博會用過的食品器具,作為材料回收利用的實例,它被回收后制成植物栽培容器,用于同年10月開幕的日本岡山國體等場合。

    在實際使用中,為了提高強度、耐熱性等性質,會在PLA中配入各種添加劑和混溶劑。例如,在電器的外殼和汽車零部件中混入洋麻植物纖維后,就可以得到強度和耐熱性足夠的樹脂。洋麻自身生長速度很快,二氧化碳的固定量也較多,但很少被作為植物纖維使用,有望被作為生物基纖維使用。添加了洋麻植物纖維的PLA的材料回收利用基本過程是,熔融、顆粒化和再成型,過程中不會出現明顯的物性降低,因此可以進行多次材料回收利用。

    但是,將來隨著生物塑料品種和使用量逐漸增加,需要回收利用的量也會越來越多,單靠材料回收的話明顯無法處理,于是化學回收再利用逐漸不被人們重視。

    化學回收再利用

    化學回收再利用,是把塑料以化學手段處理成有用的低分子后再進行利用。有石油化學為主的能量回收,和回收塑料原料的單體回收再利用之分,從后者的意義上利用的情況比較多。從反應類型來看,化學回收再利用又分為熱分解和化學解聚兩大類。把塑料作為化學原料和燃料回收的方法(熱分解技術),常見的有隔絕空氣的熱分解和在氫氣下的熱分解。曾經試著把初期的熱分解放置在真空中還原成單體,但是高溫熱分解中,在目標主反應之外也很容易產生副反應,非常難以控制。

    但是近來,通過在熱分解反應中添加催化劑,慢慢可以控制反應,并開發了對應于精密聚合技術的精密解聚技術。化學解聚生成單體的方法(解聚技術)又可以按催化劑和溶劑不同分為加水分解、加醇分解、葡萄糖分解等。此外,把酶和微生物作為可再生天然催化物使用的生物化學法也得到了關注。

    生物分解塑料的生物分解和解聚發生的化學結構部位基本上是共通的。開始是PLA和PHA,到后來PCL、脂肪族聚碳酸酯、聚氨酸等,許多生物分解塑料都被發現具有化學回收再利用機能。生物分解塑料是根據物性要求進行混合的,所以比起熱分解,通過解聚進行分別化學回收是更為有效的手段。而且,隨著利用超(亞)臨界二氧化碳、水和甲醇的新技術的開發,化學回收再利用的優勢也會越來越大。

    單體還原型化學回收再利用中的基本反應,是利用聚合反應和解聚反應的平衡狀態的反應。環狀單體的開環聚合中,開環的能量是聚合的推動力,另一方面,聚合消耗掉能量令平衡向環狀單體方向進行,從而形成聚合-解聚的平衡狀態。即如圖8-2所示,開環聚合隨反應條件變化反應是可逆的,平衡成立。所以,為了促進單體的解聚,會通過減壓等方法使生成的單體氣化從而被隔離到系統外等方法。但是,一般在高溫下進行的熱分解反應,會受到副反應和聚合物鍵的末端基團結構的影響,所以在控制上比精密解聚和精密聚合更難。

    生物分解塑料

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