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二氧化碳合成可降解塑料的国内外进展

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二氧化碳合成可降解塑料的国内外进展

发布日期:2017-12-07 作者: 点击:

国际能源网讯:二氧化碳是石油和天然气等物质燃烧释放出来的一种气体,既是环境温室效应的“元凶”,又是潜在的碳资源。鉴于温室气体排放带来的潜在威胁,全球多数国家已经加入到了努力减少温室气体排放(特别是二氧化碳)的行列当中。二氧化碳的回收利用成为当下的热点。

       环境友好材料是指在原料采集、产品制造、使用或者再生循环利用以及废料处理等环节中对环境负荷最小的材料,具有资源和能源消耗少、对生态和环境污染小、再生利用率高的特点。而目前国内外在研发领域具有创新优势的可降解塑料原料——二氧化碳基聚合物,正是值得石化行业关注的环境友好型塑料原料。

       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,对烃类及上游原料石油的消耗大大减少。二氧化碳基聚合物不但可以减少对石油的消耗,而且环境适应性也很理想。

       1、 世界发展进展

       二氧化碳基聚合物是以二氧化碳和烃为原料共聚而成的新型塑料原料。其中二氧化碳含量占31%~50%,可大大降低对烃的上游原料——石油的消耗。

       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;进行焚烧处理时只生成二氧化碳和水,不产生烟雾,不会造成二次污染;进行填埋处理时,可在数月内降解。

       二氧化碳降解塑料属完全生物降解塑料类,可在自然环境中完全降解,可用于一次性包装材料、餐具、保鲜材料、一次性医用材料、地膜等方面。二氧化碳降解塑料作为环保产品和高科技产品,正成为当今世界瞩目的研究开发热点。利用此技术生产的降解塑料,不仅将工业废气二氧化碳制成了对环境友好的可降解塑料,而且避免了传统塑料产品对环境的二次污染。它的发展,不但扩大了塑料的功能,而且在一定程度上对日益枯竭的石油资源是一个补充。因此,二氧化碳降解塑料的生产和应用,无论从环境保护,或是从资源再生利用角度看,都具有重要的意义。

       美国、韩国、日本、俄罗斯和我国台湾的科学家在二氧化碳基聚合物领域进行了大量的研发工作。

       目前已批量生产的二氧化碳基塑料原料主要有二氧化碳/环氧丙烷共聚物、二氧化碳/环氧丙烷/环氧乙烷三元共聚物、二氧化碳/环氧丙烷/环氧环己烷三元共聚物等品种。

       由二氧化碳制备完全降解塑料的研究始于1969年。日本油封公司发现,二氧化碳和环氧丙烷在催化剂作用下共聚可得到交替型脂肪族聚碳酸酯。这种聚合物具有良好的环境可降解性。美国在此基础上通过改进催化剂,于1994年生产出二氧化碳可降解共聚物。国外开展该项工作的研究单位主要有:日本东京大学、波兰理工大学、美国Pittsburgh大学和TexasA&M大学、日本京都大学、埃克森研究公司等。美国空气产品与化学品公司和陶氏化学公司已合成出相应的产品。到目前为止,只有美国、日本和韩国等生产二氧化碳降解塑料,美国年产量约为2万吨,日本、韩国也已形成年产上万吨规模。

       将二氧化碳(CO2)与环氧丙烷(PO)共聚的技术于上世纪60年代首次发现,但是由于副反应生成环状丙烯碳酸酯(CPC)而未能推向商业化,该副反应导改生成不稳定的低分子量共聚物。现在,由日本东京大学工程学院化学与生物技术系Kyoko Nozaki教授开发的新催化剂基本上解决了这一限制。新催化剂为含有二个醋酸酯配合基的双-(哌啶基甲基)-羟碘钴(III)络合物,它由醋酸钴与对应的双水杨叉二胺反应合成,随后在过量醋酸和空气存在下进行氧化而成。该催化剂可使CO2与环氧化物,如环氧丙烷(PO)、环氧1-丁烷和环氧1-已烷反应可选择性地生成共聚物。例如,该催化剂可用于使CO2与环氧丙烷(PO)分子制取共聚物,其平均分子量为26500。反应发生在DME1,2-二甲氧基乙烷)溶剂和1.4MPa CO2条件下,产率为99%,选择性为97%。环状丙烯碳酸酯(CPC)的生成则受到抑制。这类共聚物的商业化生产为利用CO2提供了机遇,从而可减少这种温室气体排向大气。该项目研究从CO2与环氧化物制取脂肪族聚碳酯酯的商业化开始着手。得到日本新能源与工业技术开发组织的支持,并有日本三座大学(包括东京大学)和4家公司参与。

       美国得克萨斯州A&M大学的化学教授Donald J. Darensbourg开发从CO2生产塑料的工艺过程,包括从CO2生产聚碳酸酯,以及基于使用磷铝金属络合物为催化剂生产环氧乙烷或氧杂环丁烷。

       二氧化碳降解塑料随着其生产成本的降低及应用领域的不断扩展,在21世纪将有广阔的市场前景。二氧化碳降解塑料作为一类可完全降解的环保塑料,可广泛用于在自然环境中较难回收利用的领域,有利于堆肥化领域、医用材料领域等,其应用范围将进一步拓宽,其用量也将进一步增大。

       美国Cornell大学研究人员首次发现一种方法,利用可再生资源和CO2可制取塑料。直至迄今,使用CO2为原材料制取聚合物,还需使用石油衍生物如环氧丙烷或环氧环己烷。而新的聚合物—替代的R-环氧柠檬烷(LO)单体与CO2的共聚体,称之为聚碳酸柠檬酯(PLC),它有许多类似聚苯乙烯(PS)的特性,同时具有可生物降解性。R-环氧柠檬烷(LO)由自然界的环状单萜烯、柠檬烯(1,8-萜二烯)得到,它存在于300多种植物中。柠檬果皮中高达90~97%的油就含有R-环氧柠檬烷(LO)的对映体。实验室试验表明,在搅拌式反应器中,液体R-环氧柠檬烷(LO)与CO2在β-二亚胺锌络合物催化剂存在下,在室温和0.68MPaCO2压力下,可生成聚碳酸柠檬酯(PLC),约反应24小时,PLC生成转化率为15%。虽然研究处于初步阶段,但对进一步的开发己引起兴趣。

       德国亚琛工大研究人员于20084月上旬在美国化学学会年会上表示,德国正在研究将发电厂排放的大量二氧化碳转化成有用的塑料原料。在处理影响全球气候变暖的温室气体二氧化碳问题上,迄今研究的重点都放在将二氧化碳地下储存上,德国研究人员提出不同的思路,即将二氧化碳转化成塑料原料,用于生产饮料瓶、DVD光碟和其他有用的塑料制品。这是德国亚琛工大的研究人员托马斯•米勒在美国新奥尔良举行的美国化学学会年会上发表的看法。米勒认为,将气候保护与塑料生产结合起来,比单纯地将二氧化碳储存到地下有意义得多。目前米勒领导的研究人员已在亚琛工大建立了一个催化剂研究中心,并和位于勒弗库森的德国拜耳化学公司合作,共同研究如何从二氧化碳中生产廉价的聚碳酸酯塑料。聚碳酸酯塑料是生产塑料瓶、DVD光碟和镜片等塑料制品非常普遍的原料,每年全球的需求量达数百万吨。因此,如果能够研究成功从二氧化碳廉价生产聚碳酸酯的工艺,其应用前景将非常广阔。米勒认为,虽然利用二氧化碳生产塑料原料并不能完全解决全球气候变暖的问题,但对减缓气候变暖会有很大的贡献。米勒同时也表示,这项工艺的研究也并非很容易,因为二氧化碳是非常稳定的化学分子,要使其发生化学转化,本身就要消耗能源,另外还需要研究特殊的催化剂,估计至少还需要数年才能进入工业化应用。

       德国和日本的化学家提出,用工业生产排放的废气二氧化碳做成塑料,可用来生产CDDVD光碟等,以减缓全球变暖的趋势。他们提出,石油化工等工业企业每年产生大量二氧化碳废气,可成为廉价的制造聚碳酸酯塑料的原材料。将二氧化碳与另一种化学气体混合,加入特殊的催化剂,可制成新的塑料材料。据悉,用新技术制造出的二氧化碳塑料比采用传统方法生产的同类产品更加廉价和环保。

       二氧化碳作为合成高分子材料的单体的研究工作受到了世界各国广泛的重视。二氧化碳与环氧丙烷共聚物类的脂肪族聚碳酸酯是二氧化碳合成高分子材料领域的一大亮点。这类材料具有生物降解性能,不仅解决了当前塑料制品难以降解而导致的白色污染问题,也减少了二氧化碳的排放。作为一类新型的脂肪族聚碳酸酯,二氧化碳与环氧丙烷共聚物具有透明性、生物降解性和氧气阻隔性能等特点,但是其性价比依然有待于大幅度改善,才能满足实际应用要求,今后仍需开展更深入的工作,推动二氧化碳基塑料实现真正大规模的实际应用。

       2、 中国发展进展

       作为节能环保型塑料原料,二氧化碳基聚合物具有良好的发展前景,而目前我国在二氧化碳基聚合物研发领域的绝对优势,也为其产业化发展提供了良机。

       2.1. 发展进展

       自上世纪90年代起,中科院广州化学所、浙江大学、兰州大学、中科院长春应化所相继开展了二氧化碳固定为可降解塑料的研究,并取得可喜进展。

       中科院广州化学公司完成二氧化碳的共聚及其利用——二氧化碳高效合成为可降解塑料的研究,该项目的中试成果已转让给广州广重企业集团公司,共同进行二氧化碳可降解塑料5000吨/年工业化试验。该项目在催化剂方面,创新性地制备了具有自主知识产权的多种担载羧酸锌类催化剂。该催化体系成本低、使用安全、制备简单,适合工业化规模生产应用。

       2001年中科院长春应化所着手进行二氧化碳的固定及利用的工业化研发工作,与蒙西高新技术集团公司合作,经过3年攻关,建成了世界上第一条3000/年“二氧化碳基全降解塑料母粒”工业示范生产线。国内首套二氧化碳降解塑料工业化生产装置于2004年初由内蒙古蒙西高新技术集团建成。该工程由内蒙古轻化工业设计院设计,采用中科院长春应用化学研究所技术,生产规模为3000/年。据称其产品可望部分取代聚偏氟乙烯、聚氯乙烯等医用和食品包装材料,并可用于一次性食品和药物包装。根据蒙西集团提供的技术数据,目前已批量生产的二氧化碳基塑料母粒主要有二氧化碳/环氧丙烷共聚物、二氧化碳/环氧丙烷/环氧乙烷三元共聚物、二氧化碳/环氧丙烷/环氧环己烷三元共聚物等3个品种。在强制性堆肥条件下,560天内可完全分解。

       从水泥窑尾气中提取二氧化碳(CO2),通过一系列工艺将其制备成食品级纯净度,再作为原料用于全降解塑料生产,这项具有独立知识产权,国内首创的全生物降解二氧化碳共聚物技术,已由内蒙古蒙西高新技术集团开发成功并投入实际应用。用此技术建立的年产3000吨全生物降解二氧化碳共聚物示范生产线,截至2008年已实现运行4年多,共生产产品12000多吨,各项技术指标均达到世界领先水平。这标志着该公司二氧化碳基生物降解塑料技术跻身世界前列。该生产技术为蒙西集团与中科院长春应用化学研究所合作开发,已通过中科院高技术研究与发展局组织的专家验收和科技部’863’项目验收。目前,此项目共投入资金2900多万元,建成的全生物降解二氧化碳共聚物示范生产线是全球投入运行的规模最大的同类生产线。该生产线生产的二氧化碳基全生物降解塑料,二氧化碳共聚物的数均相对分子质量达到10万左右,是此技术问世前世界最高水平的两倍多,可以替代传统塑料材料,从而在性能上确保二氧化碳共聚物真正作为塑料的可规模化使用。在专利技术方面,该项目还成功开发出稀土三元催化剂,使聚合反应时间从20小时缩短到8小时以内,8小时内催化剂活性达到50克聚合物/克催化剂,是此前世界最高水平的4倍。同时,在二氧化碳共聚合催化体系、聚合方法等方面,蒙西集团已获授权美国专利2项、中国专利3项,建立了比较完备的自主知识产权体系。据介绍,该生产线每生产1吨降解塑料,可利用二氧化碳0.450.5吨,不仅使二氧化碳变废为宝,得到综合利用,而且生产出的全生物降解塑料又可大大减少白色污染,形成科学合理的循环经济产业链。目前,该项目已批量生产的二氧化碳基塑料母粒主要有二氧化碳/环氧丙烷共聚物、二氧化碳/环氧丙烷/环氧乙烷三元共聚物、二氧化碳/环氧丙烷/环氧环己烷三元共聚物等3个品种,外观均为淡黄色粒子或无色透明粒子,二氧化碳单元含量为31%50%。在强制性堆肥条件下,这些全生物降解塑料可在560天内完全分解。依托年产3000吨全生物降解二氧化碳共聚物示范生产线自有技术和成功运行经验,蒙西集团正在扩大规模,3万吨/年的同类生产线于2007年底投产,一年可消耗12600吨二氧化碳。

       中科院长春应化所20092月宣布,该所承担的二氧化碳共聚物及其产品产业化项目通过鉴定。经过4年的开拓,该项目取得了3项世界第一:在国际上首次解决了二氧化碳共聚物的冷流难题;率先开发出具有生物可降解性能的高阻隔薄膜材料;获得全球首个二氧化碳共聚物医用可降解材料生产许可证。

       二氧化碳共聚物自问世以来,因其能高效利用二氧化碳并解决塑料的“白色污染”问题而备受关注。但其合成过程中始终存在的催化剂效率低、聚合物加工性差、成本高等难题成为二氧化碳共聚物及其产业化的瓶颈,也是各国竞争的焦点。长春应化所于2004年初就已成功开发出可工业化应用的稀土三元催化剂,并在蒙西建成世界首条千吨级二氧化碳共聚物生产线,确立了我国在该领域的国际领导地位。为加速推进二氧化碳共聚物产业化,开发出具有实用价值的二氧化碳共聚物产品,200410月,长春应化所承担并实施了吉林省科技发展计划重大项目——二氧化碳共聚物及其产品产业化推进项目。该项目历时4年,取得了一系列在国际上居于领先水平的创新性成果。项目组开发的多元共聚新型稀土催化剂和强化交联的新技术,解决了二氧化碳共聚物在30℃以上便存在严重冷流现象这一国际上一直未解决的难题,有效提升了二氧化碳共聚物的催化剂效率。    长春应化所科研人员引入外部结晶控制聚合物聚集态的方法,突破了二氧化碳共聚物连续吹制成膜的技术难题,在国际上率先开发出具有生物可降解性能的高阻隔薄膜材料。他们还与吉林金源北方科技发展有限公司联手,开发出二氧化碳共聚物医用敷料,并获得了世界上第一个二氧化碳共聚物医用一次性可降解材料生产许可证。目前,该公司已投入3000万元建立了医用敷料生产线。

       此外,长春应化所项目组还同中国海洋石油总公司合作,成功建成年产3000吨二氧化碳共聚物生产线。

       目前长春应化所与其他单位共同承担的国家“十一五”科技支撑计划项目——全生物降解塑料产业化关键技术的研发也已启动,该项目将在国内建成多条万吨级二氧化碳共聚物生产线,开发低成本、高性能的系列二氧化碳共聚物产品。

       中科院长春应化所发挥技术源头优势,还积极开发下游产品。已协助威海赛绿特科技发展有限责任公司建立了医用二氧化碳塑料加工平台;协助宁波天安生物股份公司建立了全生物降解材料在一次性餐具、食品包装等方面的加工平台,推进了该成果的工业化和市场化进程。

       由江苏中科金龙股份公司与中科院广州化学所联合研制的以CO2为原料制备完全可降解塑料材料新技术,通过国家环保总局组织的重大科技成果鉴定。该技术开发出新型CO2共聚催化剂分离系统,得到了无色催化剂含量低于百万分之十的脂肪族聚碳酸酯多元醇,可以生产出聚氨酯材料。这种新型全生物降解泡沫塑料可应用于包装材料,具有广阔的市场前景。这项新技术生产出的产品不仅成本低,而且还可完全降解,可解决’白色污染’危害,为温室气体CO2的回收利用打开新的途径。中科金龙公司和广州化学所这项技术,不仅可为聚氨酯提供一种全新的原材料,还可衍生出众多新型产品,从而形成全新的塑料产业链条。

       江苏金龙绿色化学公司以二氧化碳为原料年产2000吨脂肪族聚碳酸亚乙酯及基于该树脂的降解型聚氨酯泡沫塑料产业化项目通过鉴定。该技术具有自主知识产权,在二氧化碳催化活化技术、聚氨酯泡沫塑料的高生物降解性等方面达到了国际先进水平。利用该技术每消耗1吨二氧化碳能生产出约3吨脂肪族聚碳酸亚乙酯树脂,并生产出约6吨降解型聚氨酯泡沫塑料。该产品性能优异,不仅可以替代市场上的普通包装材料和建筑用隔热材料,而且可用作电器及环保要求高的包装材料,对消除白色污染、突破家电出口面临的绿色壁垒起到重要作用。该公司研发的二氧化碳制备聚氨酯(PU)泡沫塑料技术,通过由国家环保总局组织的鉴定。这种产品作为缓冲包装材料,废弃后可完全生物降解。该项技术以二氧化碳气体为主要原料,通过与环氧化物调节共聚得到脂肪族聚碳酸酯多元醇及聚氨酯泡沫塑料。制备的聚氨酯泡沫塑料可完全生物降解,不留任何有害物质。经中国环境科学院检测,二氧化碳制聚氨酯泡沫塑料一个月降解33%,优于合成高分子材料及其与淀粉的共混物,具有高强度、高模量等特点。

       江苏中科金龙化工股份有限公司年产2万吨二氧化碳树脂的连续生产线于20076月初投产。至此,该公司完成了以二氧化碳为原料生产高分子树脂的工业放大试验,建成了世界上第一条万吨级具有自主知识产权的二氧化碳制备全生物降解塑料生产线。这种二氧化碳树脂性能独特,同时具备了聚醚的耐水解性能和聚酯的耐磨、耐油性能,而其生物降解性能与植物纤维等天然产物相近。据介绍,该技术的原料将主要来自发电厂、炼油厂、水泥厂、酿酒厂和化肥厂等作为废物大量排出的温室气体———二氧化碳。其产品泡沫塑料在废弃后,能够被微生物如真菌、细菌、放射线菌分泌的酶分解或氧化,从而降解成水溶性碎片,最终被完全分解成二氧化碳和水。降解过程中产生的小分子化合物和二氧化碳可以被植物吸收,为植物生长提供养分。经中国环境科学研究院检测,这种新产品的废弃物一个月可降解33%,与植物纤维、稻草等天然产物相近,优于所有大品种合成高分子材料。同时,该泡沫塑料还具有高强度、高模量、容易实现阻燃等特点。江苏玉华金龙科技集团与中科院广州化学所合作成立的江苏中科金龙化工股份有限公司已经开发出新型聚合催化剂、新型生产工艺、新的应用领域,如全生物降解及可控生物降解高回弹软泡、塑料母粒、黏合剂、涂料等等。企业已经申请发明专利11项,目前获授权4项。

       以二氧化碳为原料生产全降解塑料生产线在河南天冠集团实现产业化运行。据介绍,投入运行的这条5000/年全降解塑料产业化生产线,采用高活性、高催化效率的催化剂,将天冠集团在生产酒精过程中排放的二氧化碳废气聚合成全降解塑料——聚碳酸亚丙酯树脂。1997年,天冠集团与中山大学合作,开始了二氧化碳全降解塑料课题的研究。2003年底,该集团建成了50/年的生产线,并通过河南省科技厅组织的成果鉴定。为加速其产业化进程,该集团于20069月建成目前的千吨级生产线,经过生产试验,证明其工艺合理,已具备产业化生产能力。全降解塑料制品在机械性能、热稳定性、耐压性能等方面都可媲美一般的塑料制品,不仅可用于低温保鲜膜市场,还可开发成一次性饭盒、发泡包装材料、儿童玩具等。

       由中海油总公司和中科院长春应化所共同出资建设的二氧化碳可降解塑料项目采用长春应化所自主研发的专利技术,该二氧化碳可降解塑料项目于20087月在海南省东方化工城运行,年产量达3000吨。据中海石油新材料有限公司介绍,该项目由中国海洋石油总公司投资1.52亿元开发,20077月建设,属国家“863”星火计划项目,具有我国自主知识产权,专利技术来自于中科院长春应用化学研究所。生产过程是以二氧化碳和环氧丙烷为原料,在催化剂的作用下生成二氧化碳共聚物,工艺水平属世界领先。据介绍,1吨二氧化碳可降解塑料消耗大约0.5吨二氧化碳,每吨产值在2万元左右。产品在使用过程中可完全生物降解为二氧化碳和水,不产生白色垃圾,用途广泛,利于环保。

       200871日,中海石油化学股份有限公司与中科院长春应用化学研究所利用二氧化碳可降解材料成功地研制成环保塑料袋,这种塑料袋用后在堆肥条件下可完全生物降解,不会对环境造成任何影响。为了有效、环保化地利用二氧化碳,减少排放,中海化学公司在建设年产3000吨二氧化碳可降解塑料项目的同时,投入人力和物力开展二氧化碳可降解塑料的应用与产品研发,并在200711月份与中科院长春应化所联合设立了“二氧化碳基塑料高阻隔膜研究与应用”项目。他们经过多次试验、优化配方、再试验,先后攻克了二氧化碳可降解塑料的纯化、改性、封端及韧化等一系列难题,成功将这种材料吹膜并制成环保塑料袋。据中科院长春应化所介绍,用二氧化碳可降解塑料制成的环保塑料袋,在国内甚至在国际上均尚属首次。

       中山大学与广州市合诚化学有限公司、广州市天赐三和环保工程有限公司两家公司于200710月中旬签订合作协议,采用中山大学研发的利用二氧化碳合成全降解塑料技术,首期投资1.3亿元建设一条万吨级二氧化碳全降解塑料生产线。据悉,该项目全部建成后每年可减少4万吨二氧化碳排放量。该技术是中山大学环境材料研究所的科研团队在广州市科技局重点专项支持下,经过4年攻关完成。采用该技术已在河南天冠集团建成国内规模最大的5000/年工业化生产线,该生产线可将天冠集团酒精生产过程中产生的二氧化碳废气用来合成全降解塑料。

       5万吨/年二氧化碳基降解塑料项目于20101月中旬落户吉林省松原市。该项目一期建设规模为5万吨/年,3年内达将达到9万吨/年环氧丙烷和15万吨/年二氧化碳基降解塑料的生产规模。项目采用的二氧化碳基降解塑料技术,突破了二氧化碳可降解塑料研究中的系列技术关键,并创下该研究领域7项世界第一,率先实现了二氧化碳基降解塑料的产业化。

       2.2. 推广应用仍有三难

       从工业废气中回收的二氧化碳成本很低,以二氧化碳为原料生产的二氧化碳基聚合物,可大幅度降低生产成本。

       最近几年,我国在该领域的研发和产业化工作均十分活跃,内蒙古蒙西集团公司的千吨级生产线经过几年的技术改造,已经实现了稳定的运行,而且中海化学股份有限公司的现代化二氧化碳基塑料生产线也已经建成投产,为二氧化碳基塑料的产业化提供了良好的示范作用。最近,德国南方化学工业公司、韩国LG化学等也在计划进行相关的工业化生产线的建设工作。但目前这类材料在成本和性能上仍然与聚烯烃有较大的差距,离大规模工业化的基本要求存在相当大的距离。

       受制于产能和成本等因素,二氧化碳基塑料应致力开发高附加值的医用材料(如药品包装泡罩、医用敷料、输液瓶)和高端食品包装材料(牛奶低温保鲜膜、肉制品保鲜膜)两个方面。目前,吉林金源北方科技发展有限公司已成功的推动了二氧化碳共聚物在医药器械和医用包装领域的规模化应用。

       作为主要温室气体,二氧化碳的减排与资源化利用备受全球关注。目前我国在这一领域的研究已取得了突破性进展,尤其利用二氧化碳生产可降解塑料技术的问世,大大提高了我国控制温室气体排放、实现循环经济的能力。然而,截至2009年,由于种种原因,目前国内二氧化碳降解塑料产业进展迟缓。

       除了天冠之外,目前国内已经实现规模化生产的4套二氧化碳降解塑料装置,均未达产达标。目前二氧化碳降解塑料的产业化和推广应用正遭遇三大难题。

       难题之一:成本压力太大。目前我国开发成功的二氧化碳降解塑料技术主要有4种,即中科院长春应用化学研究所的以稀土配合物、烷基金属化合物、多元醇和环状碳酸酯组成的复合催化剂为核心的高效脂肪族聚碳酸酯制备技术;中科院广州化学所的以纳米催化剂为核心的二氧化碳与环氧丙烷反应生产全降解塑料技术;天津大学的以稀土络合催化剂为核心的二氧化碳与环氧氯丙烷共聚反应生产脂肪族聚碳酸酯技术;广东中山大学的以高效纳米催化剂为核心的环氧丙烷高效合成聚碳酸亚丙酯树脂技术。在这4种技术中,实现了产业化的有3种,依次是采用中科院长春应用化学研究所技术建成投产的内蒙古蒙西高新科技集团3000/年、中海石油化学股份公司3000/年降解塑料项目,采用广东中山大学技术建成投产的河南南阳天冠集团5000/年项目,以及采用中科院广州化学所技术建成投产的江苏玉华金龙科技集团金龙绿色化学有限公司2000/年降解塑料项目。

       由于这些项目规模小,项目所用催化剂要么是稀土系催化剂,要么是纳米催化剂,目前只能小批量生产,产量低、价格贵。此外,项目所需主要原料之一环氧丙烷和环氧氯丙烷价格也很高,再加上不菲的新产品推广费用,导致二氧化碳降解塑料的最终成本高达18000/吨以上。在石油基塑料价格随石油价格走低的情况下,二氧化碳降解塑料企业的成本压力越来越大,已经影响到企业的正常经营。

       难题之二:需求小销售难。二氧化碳降解塑料居高不下的成本,支撑其价格始终高于石油基塑料1.52倍。加之其热稳定性、阻隔性、加工性与石油基塑料存在一定差距,限制了其只能在食品包装、医疗卫生等有特殊要求的极少数领域使用,无法在需求巨大的薄膜、农地膜等领域推广应用。不仅如此,即便在有限的食品包装、医疗卫生领域,也面临聚乳酸、聚乙烯醇、聚丁二酸丁二醇酯等降解塑料的冲击与竞争,使得二氧化碳降解塑料的消费市场十分狭小,产品销售困难。

       难题之三:投资风险大。就单位产品投资额而言,二氧化碳降解塑料项目的投资额比煤制油还高,一个1万吨/年二氧化碳降解塑料项目,往往需要1.4亿元以上的资金投入,单从经济效益考虑,项目的投资风险是很大的。中海石油化学股份公司和内蒙古蒙西高新集团也坦承,如果不计算节能减排和环保效益,二氧化碳降解塑料项目根本不赚钱甚至会赔钱。

       据了解,2007年底至今,虽然吉林、河南、辽宁、江苏、广东、宁夏等省区先后推出18个累计80万吨/年二氧化碳降解塑料招商项目,但实施的只有广州天成生物降解材料有限公司一家。

       对二氧化碳降解塑料遭遇的“叫好不叫座”尴尬,业内专家提出了对策和建议。广东中山大学表示,研究团队根据天冠5000/年装置运行过程中积累的经验和暴露的问题,已经设计出更加优化的工艺流程,并研发出第二代性能更好的纳米催化剂,这些成果已经通过实验室装置验证,将用于正在建设的广州天成生物降解材料有限公司1万吨/年项目和将要建设的河南天冠集团2.5万吨/年项目,预计可降低生产成本60%,提高其产品竞争力。

       国家应从节能减排与环保的战略高度,加大对包括二氧化碳降解塑料在内的循环经济项目的政策扶持与财税优惠,推动二氧化降解塑料技术进步和产业发展。随着我国工业化进程的加快,二氧化碳的排放成倍增长。据预测,到2012年,仅煤化工领域产生的二氧化碳就将超过3.5亿吨/年。减少温室气体的排放和煤炭资源的浪费,需要国家政策引导和资金扶持。

       佛山包装提示,我国是二氧化碳排放大国,但由于目前经济高速发展依然十分依赖化石燃料,减少二氧化碳的排放是相对困难的。因此如何高效利用二氧化碳已经成为世界范围日益受到重视的问题,将二氧化碳固定为全降解塑料是一条公认的有效途径。但是,该技术因成本高,加工性、力学及热学性能有待进一步改善等原因,目前世界范围内都没有实现大规模产业化。国家科技支撑计划提出,将研制出二氧化碳与环氧化物共聚合的高效催化体系,解决本体共聚合和后处理过程的传质和传热问题以及树脂的实时改性问题,突破二氧化碳树脂的工业化连续生产的关键技术。课题将主要研究二氧化碳基塑料的催化活性的保持、连续共聚合工艺、聚合物的后处理方法等工程化技术,解决二氧化碳共聚物工业化大规模合成所面临的传质、传热的关键技术问题;针对二氧化碳—环氧丙烷塑料使用温度狭窄的弱点,引入功能化环氧化物第三单体进行化学共聚改性,拓展其使用温度区间;在2010年前建立1万吨二氧化碳基塑料生产线并达产销售,并形成5万吨生产线的工艺包.


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