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二氧化碳合成可降解塑料的國內外進展

2017-02-23    

       國際能源網訊:二氧化碳是石油和天然氣等物質燃燒釋放出來的一種氣體,既是環境溫室效應的“元兇”,又是潛在的碳資源。鑒于溫室氣體排放帶來的潛在威脅,全球多數國家已經加入到了努力減少溫室氣體排放(特別是二氧化碳)的行列當中。二氧化碳的回收利用成為當下的熱點。

       環境友好材料是指在原料采集、產品制造、使用或者再生循環利用以及廢料處理等環節中對環境負荷最小的材料,具有資源和能源消耗少、對生態和環境污染小、再生利用率高的特點。而目前國內外在研發領域具有創新優勢的可降解塑料原料——二氧化碳基聚合物,正是值得石化行業關注的環境友好型塑料原料。

       普通的塑料原料,如聚乙烯、聚丙烯等聚合物是以烴為單體聚合而成,而二氧化碳基聚合物則是以烴和二氧化碳為原料共聚而成,其中二氧化碳含量占31%~50%,與常規聚合物相比,對烴類及上游原料石油的消耗大大減少。二氧化碳基聚合物不但可以減少對石油的消耗,而且環境適應性也很理想。

       1、 世界發展進展

       二氧化碳基聚合物是以二氧化碳和烴為原料共聚而成的新型塑料原料。其中二氧化碳含量占31%~50%,可大大降低對烴的上游原料——石油的消耗。

       二氧化碳基聚合物使用后產生的塑料廢棄物,可以通過回收利用、焚燒和填埋等多種方式處理,廢棄的二氧化碳基聚合物可以像普通塑料一樣回收后進行再利用;進行焚燒處理時只生成二氧化碳和水,不產生煙霧,不會造成二次污染;進行填埋處理時,可在數月內降解。

       二氧化碳降解塑料屬完全生物降解塑料類,可在自然環境中完全降解,可用于一次性包裝材料、餐具、保鮮材料、一次性醫用材料、地膜等方面。二氧化碳降解塑料作為環保產品和高科技產品,正成為當今世界矚目的研究開發熱點。利用此技術生產的降解塑料,不僅將工業廢氣二氧化碳制成了對環境友好的可降解塑料,而且避免了傳統塑料產品對環境的二次污染。它的發展,不但擴大了塑料的功能,而且在一定程度上對日益枯竭的石油資源是一個補充。因此,二氧化碳降解塑料的生產和應用,無論從環境保護,或是從資源再生利用角度看,都具有重要的意義。

       美國、韓國、日本、俄羅斯和我國臺灣的科學家在二氧化碳基聚合物領域進行了大量的研發工作。

       目前已批量生產的二氧化碳基塑料原料主要有二氧化碳/環氧丙烷共聚物、二氧化碳/環氧丙烷/環氧乙烷三元共聚物、二氧化碳/環氧丙烷/環氧環己烷三元共聚物等品種。

       由二氧化碳制備完全降解塑料的研究始于1969年。日本油封公司發現,二氧化碳和環氧丙烷在催化劑作用下共聚可得到交替型脂肪族聚碳酸酯。這種聚合物具有良好的環境可降解性。美國在此基礎上通過改進催化劑,于1994年生產出二氧化碳可降解共聚物。國外開展該項工作的研究單位主要有:日本東京大學、波蘭理工大學、美國Pittsburgh大學和TexasA&M大學、日本京都大學、?松芯抗镜。美國空氣產品與化學品公司和陶氏化學公司已合成出相應的產品。到目前為止,只有美國、日本和韓國等生產二氧化碳降解塑料,美國年產量約為2萬噸,日本、韓國也已形成年產上萬噸規模。

       將二氧化碳(CO2)與環氧丙烷(PO)共聚的技術于上世紀60年代首次發現,但是由于副反應生成環狀丙烯碳酸酯(CPC)而未能推向商業化,該副反應導改生成不穩定的低分子量共聚物,F在,由日本東京大學工程學院化學與生物技術系Kyoko Nozaki教授開發的新催化劑基本上解決了這一限制。新催化劑為含有二個醋酸酯配合基的雙-(哌啶基甲基)-羥碘鈷(III)絡合物,它由醋酸鈷與對應的雙水楊叉二胺反應合成,隨后在過量醋酸和空氣存在下進行氧化而成。該催化劑可使CO2與環氧化物,如環氧丙烷(PO)、環氧1-丁烷和環氧1-已烷反應可選擇性地生成共聚物。例如,該催化劑可用于使CO2與環氧丙烷(PO)分子制取共聚物,其平均分子量為26500。反應發生在DME1,2-二甲氧基乙烷)溶劑和1.4MPa CO2條件下,產率為99%,選擇性為97%。環狀丙烯碳酸酯(CPC)的生成則受到抑制。這類共聚物的商業化生產為利用CO2提供了機遇,從而可減少這種溫室氣體排向大氣。該項目研究從CO2與環氧化物制取脂肪族聚碳酯酯的商業化開始著手。得到日本新能源與工業技術開發組織的支持,并有日本三座大學(包括東京大學)和4家公司參與。

       美國得克薩斯州A&M大學的化學教授Donald J. Darensbourg開發從CO2生產塑料的工藝過程,包括從CO2生產聚碳酸酯,以及基于使用磷鋁金屬絡合物為催化劑生產環氧乙烷或氧雜環丁烷。

       二氧化碳降解塑料隨著其生產成本的降低及應用領域的不斷擴展,在21世紀將有廣闊的市場前景。二氧化碳降解塑料作為一類可完全降解的環保塑料,可廣泛用于在自然環境中較難回收利用的領域,有利于堆肥化領域、醫用材料領域等,其應用范圍將進一步拓寬,其用量也將進一步增大。

       美國Cornell大學研究人員首次發現一種方法,利用可再生資源和CO2可制取塑料。直至迄今,使用CO2為原材料制取聚合物,還需使用石油衍生物如環氧丙烷或環氧環己烷。而新的聚合物—替代的R-環氧檸檬烷(LO)單體與CO2的共聚體,稱之為聚碳酸檸檬酯(PLC),它有許多類似聚苯乙烯(PS)的特性,同時具有可生物降解性。R-環氧檸檬烷(LO)由自然界的環狀單萜烯、檸檬烯(1,8-萜二烯)得到,它存在于300多種植物中。檸檬果皮中高達90~97%的油就含有R-環氧檸檬烷(LO)的對映體。實驗室試驗表明,在攪拌式反應器中,液體R-環氧檸檬烷(LO)與CO2在β-二亞胺鋅絡合物催化劑存在下,在室溫和0.68MPaCO2壓力下,可生成聚碳酸檸檬酯(PLC),約反應24小時,PLC生成轉化率為15%。雖然研究處于初步階段,但對進一步的開發己引起興趣。

       德國亞琛工大研究人員于20084月上旬在美國化學學會年會上表示,德國正在研究將發電廠排放的大量二氧化碳轉化成有用的塑料原料。在處理影響全球氣候變暖的溫室氣體二氧化碳問題上,迄今研究的重點都放在將二氧化碳地下儲存上,德國研究人員提出不同的思路,即將二氧化碳轉化成塑料原料,用于生產飲料瓶、DVD光碟和其他有用的塑料制品。這是德國亞琛工大的研究人員托馬斯•米勒在美國新奧爾良舉行的美國化學學會年會上發表的看法。米勒認為,將氣候保護與塑料生產結合起來,比單純地將二氧化碳儲存到地下有意義得多。目前米勒領導的研究人員已在亞琛工大建立了一個催化劑研究中心,并和位于勒弗庫森的德國拜耳化學公司合作,共同研究如何從二氧化碳中生產廉價的聚碳酸酯塑料。聚碳酸酯塑料是生產塑料瓶、DVD光碟和鏡片等塑料制品非常普遍的原料,每年全球的需求量達數百萬噸。因此,如果能夠研究成功從二氧化碳廉價生產聚碳酸酯的工藝,其應用前景將非常廣闊。米勒認為,雖然利用二氧化碳生產塑料原料并不能完全解決全球氣候變暖的問題,但對減緩氣候變暖會有很大的貢獻。米勒同時也表示,這項工藝的研究也并非很容易,因為二氧化碳是非常穩定的化學分子,要使其發生化學轉化,本身就要消耗能源,另外還需要研究特殊的催化劑,估計至少還需要數年才能進入工業化應用。

       德國和日本的化學家提出,用工業生產排放的廢氣二氧化碳做成塑料,可用來生產CDDVD光碟等,以減緩全球變暖的趨勢。他們提出,石油化工等工業企業每年產生大量二氧化碳廢氣,可成為廉價的制造聚碳酸酯塑料的原材料。將二氧化碳與另一種化學氣體混合,加入特殊的催化劑,可制成新的塑料材料。據悉,用新技術制造出的二氧化碳塑料比采用傳統方法生產的同類產品更加廉價和環保。

       二氧化碳作為合成高分子材料的單體的研究工作受到了世界各國廣泛的重視。二氧化碳與環氧丙烷共聚物類的脂肪族聚碳酸酯是二氧化碳合成高分子材料領域的一大亮點。這類材料具有生物降解性能,不僅解決了當前塑料制品難以降解而導致的白色污染問題,也減少了二氧化碳的排放。作為一類新型的脂肪族聚碳酸酯,二氧化碳與環氧丙烷共聚物具有透明性、生物降解性和氧氣阻隔性能等特點,但是其性價比依然有待于大幅度改善,才能滿足實際應用要求,今后仍需開展更深入的工作,推動二氧化碳基塑料實現真正大規模的實際應用。

       2、 中國發展進展

       作為節能環保型塑料原料,二氧化碳基聚合物具有良好的發展前景,而目前我國在二氧化碳基聚合物研發領域的絕對優勢,也為其產業化發展提供了良機。

       2.1. 發展進展

       自上世紀90年代起,中科院廣州化學所、浙江大學、蘭州大學、中科院長春應化所相繼開展了二氧化碳固定為可降解塑料的研究,并取得可喜進展。

       中科院廣州化學公司完成二氧化碳的共聚及其利用——二氧化碳高效合成為可降解塑料的研究,該項目的中試成果已轉讓給廣州廣重企業集團公司,共同進行二氧化碳可降解塑料5000噸/年工業化試驗。該項目在催化劑方面,創新性地制備了具有自主知識產權的多種擔載羧酸鋅類催化劑。該催化體系成本低、使用安全、制備簡單,適合工業化規模生產應用。

       2001年中科院長春應化所著手進行二氧化碳的固定及利用的工業化研發工作,與蒙西高新技術集團公司合作,經過3年攻關,建成了世界上第一條3000/年“二氧化碳基全降解塑料母!惫I示范生產線。國內首套二氧化碳降解塑料工業化生產裝置于2004年初由內蒙古蒙西高新技術集團建成。該工程由內蒙古輕化工業設計院設計,采用中科院長春應用化學研究所技術,生產規模為3000/年。據稱其產品可望部分取代聚偏氟乙烯、聚氯乙烯等醫用和食品包裝材料,并可用于一次性食品和藥物包裝。根據蒙西集團提供的技術數據,目前已批量生產的二氧化碳基塑料母粒主要有二氧化碳/環氧丙烷共聚物、二氧化碳/環氧丙烷/環氧乙烷三元共聚物、二氧化碳/環氧丙烷/環氧環己烷三元共聚物等3個品種。在強制性堆肥條件下,560天內可完全分解。

       從水泥窯尾氣中提取二氧化碳(CO2),通過一系列工藝將其制備成食品級純凈度,再作為原料用于全降解塑料生產,這項具有獨立知識產權,國內首創的全生物降解二氧化碳共聚物技術,已由內蒙古蒙西高新技術集團開發成功并投入實際應用。用此技術建立的年產3000噸全生物降解二氧化碳共聚物示范生產線,截至2008年已實現運行4年多,共生產產品12000多噸,各項技術指標均達到世界領先水平。這標志著該公司二氧化碳基生物降解塑料技術躋身世界前列。該生產技術為蒙西集團與中科院長春應用化學研究所合作開發,已通過中科院高技術研究與發展局組織的專家驗收和科技部’863’項目驗收。目前,此項目共投入資金2900多萬元,建成的全生物降解二氧化碳共聚物示范生產線是全球投入運行的規模最大的同類生產線。該生產線生產的二氧化碳基全生物降解塑料,二氧化碳共聚物的數均相對分子質量達到10萬左右,是此技術問世前世界最高水平的兩倍多,可以替代傳統塑料材料,從而在性能上確保二氧化碳共聚物真正作為塑料的可規;褂。在專利技術方面,該項目還成功開發出稀土三元催化劑,使聚合反應時間從20小時縮短到8小時以內,8小時內催化劑活性達到50克聚合物/克催化劑,是此前世界最高水平的4倍。同時,在二氧化碳共聚合催化體系、聚合方法等方面,蒙西集團已獲授權美國專利2項、中國專利3項,建立了比較完備的自主知識產權體系。據介紹,該生產線每生產1噸降解塑料,可利用二氧化碳0.450.5噸,不僅使二氧化碳變廢為寶,得到綜合利用,而且生產出的全生物降解塑料又可大大減少白色污染,形成科學合理的循環經濟產業鏈。目前,該項目已批量生產的二氧化碳基塑料母粒主要有二氧化碳/環氧丙烷共聚物、二氧化碳/環氧丙烷/環氧乙烷三元共聚物、二氧化碳/環氧丙烷/環氧環己烷三元共聚物等3個品種,外觀均為淡黃色粒子或無色透明粒子,二氧化碳單元含量為31%50%。在強制性堆肥條件下,這些全生物降解塑料可在560天內完全分解。依托年產3000噸全生物降解二氧化碳共聚物示范生產線自有技術和成功運行經驗,蒙西集團正在擴大規模,3萬噸/年的同類生產線于2007年底投產,一年可消耗12600噸二氧化碳。

       中科院長春應化所20092月宣布,該所承擔的二氧化碳共聚物及其產品產業化項目通過鑒定。經過4年的開拓,該項目取得了3項世界第一:在國際上首次解決了二氧化碳共聚物的冷流難題;率先開發出具有生物可降解性能的高阻隔薄膜材料;獲得全球首個二氧化碳共聚物醫用可降解材料生產許可證。

       二氧化碳共聚物自問世以來,因其能高效利用二氧化碳并解決塑料的“白色污染”問題而備受關注。但其合成過程中始終存在的催化劑效率低、聚合物加工性差、成本高等難題成為二氧化碳共聚物及其產業化的瓶頸,也是各國競爭的焦點。長春應化所于2004年初就已成功開發出可工業化應用的稀土三元催化劑,并在蒙西建成世界首條千噸級二氧化碳共聚物生產線,確立了我國在該領域的國際領導地位。為加速推進二氧化碳共聚物產業化,開發出具有實用價值的二氧化碳共聚物產品,200410月,長春應化所承擔并實施了吉林省科技發展計劃重大項目——二氧化碳共聚物及其產品產業化推進項目。該項目歷時4年,取得了一系列在國際上居于領先水平的創新性成果。項目組開發的多元共聚新型稀土催化劑和強化交聯的新技術,解決了二氧化碳共聚物在30℃以上便存在嚴重冷流現象這一國際上一直未解決的難題,有效提升了二氧化碳共聚物的催化劑效率。    長春應化所科研人員引入外部結晶控制聚合物聚集態的方法,突破了二氧化碳共聚物連續吹制成膜的技術難題,在國際上率先開發出具有生物可降解性能的高阻隔薄膜材料。他們還與吉林金源北方科技發展有限公司聯手,開發出二氧化碳共聚物醫用敷料,并獲得了世界上第一個二氧化碳共聚物醫用一次性可降解材料生產許可證。目前,該公司已投入3000萬元建立了醫用敷料生產線。

       此外,長春應化所項目組還同中國海洋石油總公司合作,成功建成年產3000噸二氧化碳共聚物生產線。

       目前長春應化所與其他單位共同承擔的國家“十一五”科技支撐計劃項目——全生物降解塑料產業化關鍵技術的研發也已啟動,該項目將在國內建成多條萬噸級二氧化碳共聚物生產線,開發低成本、高性能的系列二氧化碳共聚物產品。

       中科院長春應化所發揮技術源頭優勢,還積極開發下游產品。已協助威海賽綠特科技發展有限責任公司建立了醫用二氧化碳塑料加工平臺;協助寧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、食品包裝等方面的加工平臺,推進了該成果的工業化和市場化進程。

       由江蘇中科金龍股份公司與中科院廣州化學所聯合研制的以CO2為原料制備完全可降解塑料材料新技術,通過國家環?偩纸M織的重大科技成果鑒定。該技術開發出新型CO2共聚催化劑分離系統,得到了無色催化劑含量低于百萬分之十的脂肪族聚碳酸酯多元醇,可以生產出聚氨酯材料。這種新型全生物降解泡沫塑料可應用于包裝材料,具有廣闊的市場前景。這項新技術生產出的產品不僅成本低,而且還可完全降解,可解決’白色污染’危害,為溫室氣體CO2的回收利用打開新的途徑。中科金龍公司和廣州化學所這項技術,不僅可為聚氨酯提供一種全新的原材料,還可衍生出眾多新型產品,從而形成全新的塑料產業鏈條。

       江蘇金龍綠色化學公司以二氧化碳為原料年產2000噸脂肪族聚碳酸亞乙酯及基于該樹脂的降解型聚氨酯泡沫塑料產業化項目通過鑒定。該技術具有自主知識產權,在二氧化碳催化活化技術、聚氨酯泡沫塑料的高生物降解性等方面達到了國際先進水平。利用該技術每消耗1噸二氧化碳能生產出約3噸脂肪族聚碳酸亞乙酯樹脂,并生產出約6噸降解型聚氨酯泡沫塑料。該產品性能優異,不僅可以替代市場上的普通包裝材料和建筑用隔熱材料,而且可用作電器及環保要求高的包裝材料,對消除白色污染、突破家電出口面臨的綠色壁壘起到重要作用。該公司研發的二氧化碳制備聚氨酯(PU)泡沫塑料技術,通過由國家環?偩纸M織的鑒定。這種產品作為緩沖包裝材料,廢棄后可完全生物降解。該項技術以二氧化碳氣體為主要原料,通過與環氧化物調節共聚得到脂肪族聚碳酸酯多元醇及聚氨酯泡沫塑料。制備的聚氨酯泡沫塑料可完全生物降解,不留任何有害物質。經中國環境科學院檢測,二氧化碳制聚氨酯泡沫塑料一個月降解33%,優于合成高分子材料及其與淀粉的共混物,具有高強度、高模量等特點。

       江蘇中科金龍化工股份有限公司年產2萬噸二氧化碳樹脂的連續生產線于20076月初投產。至此,該公司完成了以二氧化碳為原料生產高分子樹脂的工業放大試驗,建成了世界上第一條萬噸級具有自主知識產權的二氧化碳制備全生物降解塑料生產線。這種二氧化碳樹脂性能獨特,同時具備了聚醚的耐水解性能和聚酯的耐磨、耐油性能,而其生物降解性能與植物纖維等天然產物相近。據介紹,該技術的原料將主要來自發電廠、煉油廠、水泥廠、釀酒廠和化肥廠等作為廢物大量排出的溫室氣體———二氧化碳。其產品泡沫塑料在廢棄后,能夠被微生物如真菌、細菌、放射線菌分泌的酶分解或氧化,從而降解成水溶性碎片,最終被完全分解成二氧化碳和水。降解過程中產生的小分子化合物和二氧化碳可以被植物吸收,為植物生長提供養分。經中國環境科學研究院檢測,這種新產品的廢棄物一個月可降解33%,與植物纖維、稻草等天然產物相近,優于所有大品種合成高分子材料。同時,該泡沫塑料還具有高強度、高模量、容易實現阻燃等特點。江蘇玉華金龍科技集團與中科院廣州化學所合作成立的江蘇中科金龍化工股份有限公司已經開發出新型聚合催化劑、新型生產工藝、新的應用領域,如全生物降解及可控生物降解高回彈軟泡、塑料母粒、黏合劑、涂料等等。企業已經申請發明專利11項,目前獲授權4項。

       以二氧化碳為原料生產全降解塑料生產線在河南天冠集團實現產業化運行。據介紹,投入運行的這條5000/年全降解塑料產業化生產線,采用高活性、高催化效率的催化劑,將天冠集團在生產酒精過程中排放的二氧化碳廢氣聚合成全降解塑料——聚碳酸亞丙酯樹脂。1997年,天冠集團與中山大學合作,開始了二氧化碳全降解塑料課題的研究。2003年底,該集團建成了50/年的生產線,并通過河南省科技廳組織的成果鑒定。為加速其產業化進程,該集團于20069月建成目前的千噸級生產線,經過生產試驗,證明其工藝合理,已具備產業化生產能力。全降解塑料制品在機械性能、熱穩定性、耐壓性能等方面都可媲美一般的塑料制品,不僅可用于低溫保鮮膜市場,還可開發成一次性飯盒、發泡包裝材料、兒童玩具等。

       由中海油總公司和中科院長春應化所共同出資建設的二氧化碳可降解塑料項目采用長春應化所自主研發的專利技術,該二氧化碳可降解塑料項目于20087月在海南省東方化工城運行,年產量達3000噸。據中海石油新材料有限公司介紹,該項目由中國海洋石油總公司投資1.52億元開發,20077月建設,屬國家“863”星火計劃項目,具有我國自主知識產權,專利技術來自于中科院長春應用化學研究所。生產過程是以二氧化碳和環氧丙烷為原料,在催化劑的作用下生成二氧化碳共聚物,工藝水平屬世界領先。據介紹,1噸二氧化碳可降解塑料消耗大約0.5噸二氧化碳,每噸產值在2萬元左右。產品在使用過程中可完全生物降解為二氧化碳和水,不產生白色垃圾,用途廣泛,利于環保。

       200871日,中海石油化學股份有限公司與中科院長春應用化學研究所利用二氧化碳可降解材料成功地研制成環保塑料袋,這種塑料袋用后在堆肥條件下可完全生物降解,不會對環境造成任何影響。為了有效、環;乩枚趸,減少排放,中;瘜W公司在建設年產3000噸二氧化碳可降解塑料項目的同時,投入人力和物力開展二氧化碳可降解塑料的應用與產品研發,并在200711月份與中科院長春應化所聯合設立了“二氧化碳基塑料高阻隔膜研究與應用”項目。他們經過多次試驗、優化配方、再試驗,先后攻克了二氧化碳可降解塑料的純化、改性、封端及韌化等一系列難題,成功將這種材料吹膜并制成環保塑料袋。據中科院長春應化所介紹,用二氧化碳可降解塑料制成的環保塑料袋,在國內甚至在國際上均尚屬首次。

       中山大學與廣州市合誠化學有限公司、廣州市天賜三和環保工程有限公司兩家公司于200710月中旬簽訂合作協議,采用中山大學研發的利用二氧化碳合成全降解塑料技術,首期投資1.3億元建設一條萬噸級二氧化碳全降解塑料生產線。據悉,該項目全部建成后每年可減少4萬噸二氧化碳排放量。該技術是中山大學環境材料研究所的科研團隊在廣州市科技局重點專項支持下,經過4年攻關完成。采用該技術已在河南天冠集團建成國內規模最大的5000/年工業化生產線,該生產線可將天冠集團酒精生產過程中產生的二氧化碳廢氣用來合成全降解塑料。

       5萬噸/年二氧化碳基降解塑料項目于20101月中旬落戶吉林省松原市。該項目一期建設規模為5萬噸/年,3年內達將達到9萬噸/年環氧丙烷和15萬噸/年二氧化碳基降解塑料的生產規模。項目采用的二氧化碳基降解塑料技術,突破了二氧化碳可降解塑料研究中的系列技術關鍵,并創下該研究領域7項世界第一,率先實現了二氧化碳基降解塑料的產業化。

       2.2. 推廣應用仍有三難

       從工業廢氣中回收的二氧化碳成本很低,以二氧化碳為原料生產的二氧化碳基聚合物,可大幅度降低生產成本。

       最近幾年,我國在該領域的研發和產業化工作均十分活躍,內蒙古蒙西集團公司的千噸級生產線經過幾年的技術改造,已經實現了穩定的運行,而且中;瘜W股份有限公司的現代化二氧化碳基塑料生產線也已經建成投產,為二氧化碳基塑料的產業化提供了良好的示范作用。最近,德國南方化學工業公司、韓國LG化學等也在計劃進行相關的工業化生產線的建設工作。但目前這類材料在成本和性能上仍然與聚烯烴有較大的差距,離大規模工業化的基本要求存在相當大的距離。

       受制于產能和成本等因素,二氧化碳基塑料應致力開發高附加值的醫用材料(如藥品包裝泡罩、醫用敷料、輸液瓶)和高端食品包裝材料(牛奶低溫保鮮膜、肉制品保鮮膜)兩個方面。目前,吉林金源北方科技發展有限公司已成功的推動了二氧化碳共聚物在醫藥器械和醫用包裝領域的規;瘧。

       作為主要溫室氣體,二氧化碳的減排與資源化利用備受全球關注。目前我國在這一領域的研究已取得了突破性進展,尤其利用二氧化碳生產可降解塑料技術的問世,大大提高了我國控制溫室氣體排放、實現循環經濟的能力。然而,截至2009年,由于種種原因,目前國內二氧化碳降解塑料產業進展遲緩。

       除了天冠之外,目前國內已經實現規;a的4套二氧化碳降解塑料裝置,均未達產達標。目前二氧化碳降解塑料的產業化和推廣應用正遭遇三大難題。

       難題之一:成本壓力太大。目前我國開發成功的二氧化碳降解塑料技術主要有4種,即中科院長春應用化學研究所的以稀土配合物、烷基金屬化合物、多元醇和環狀碳酸酯組成的復合催化劑為核心的高效脂肪族聚碳酸酯制備技術;中科院廣州化學所的以納米催化劑為核心的二氧化碳與環氧丙烷反應生產全降解塑料技術;天津大學的以稀土絡合催化劑為核心的二氧化碳與環氧氯丙烷共聚反應生產脂肪族聚碳酸酯技術;廣東中山大學的以高效納米催化劑為核心的環氧丙烷高效合成聚碳酸亞丙酯樹脂技術。在這4種技術中,實現了產業化的有3種,依次是采用中科院長春應用化學研究所技術建成投產的內蒙古蒙西高新科技集團3000/年、中海石油化學股份公司3000/年降解塑料項目,采用廣東中山大學技術建成投產的河南南陽天冠集團5000/年項目,以及采用中科院廣州化學所技術建成投產的江蘇玉華金龍科技集團金龍綠色化學有限公司2000/年降解塑料項目。

       由于這些項目規模小,項目所用催化劑要么是稀土系催化劑,要么是納米催化劑,目前只能小批量生產,產量低、價格貴。此外,項目所需主要原料之一環氧丙烷和環氧氯丙烷價格也很高,再加上不菲的新產品推廣費用,導致二氧化碳降解塑料的最終成本高達18000/噸以上。在石油基塑料價格隨石油價格走低的情況下,二氧化碳降解塑料企業的成本壓力越來越大,已經影響到企業的正常經營。

       難題之二:需求小銷售難。二氧化碳降解塑料居高不下的成本,支撐其價格始終高于石油基塑料1.52倍。加之其熱穩定性、阻隔性、加工性與石油基塑料存在一定差距,限制了其只能在食品包裝、醫療衛生等有特殊要求的極少數領域使用,無法在需求巨大的薄膜、農地膜等領域推廣應用。不僅如此,即便在有限的食品包裝、醫療衛生領域,也面臨聚乳酸、聚乙烯醇、聚丁二酸丁二醇酯等降解塑料的沖擊與競爭,使得二氧化碳降解塑料的消費市場十分狹小,產品銷售困難。

       難題之三:投資風險大。就單位產品投資額而言,二氧化碳降解塑料項目的投資額比煤制油還高,一個1萬噸/年二氧化碳降解塑料項目,往往需要1.4億元以上的資金投入,單從經濟效益考慮,項目的投資風險是很大的。中海石油化學股份公司和內蒙古蒙西高新集團也坦承,如果不計算節能減排和環保效益,二氧化碳降解塑料項目根本不賺錢甚至會賠錢。

       據了解,2007年底至今,雖然吉林、河南、遼寧、江蘇、廣東、寧夏等省區先后推出18個累計80萬噸/年二氧化碳降解塑料招商項目,但實施的只有廣州天成生物降解材料有限公司一家。

       對二氧化碳降解塑料遭遇的“叫好不叫座”尷尬,業內專家提出了對策和建議。廣東中山大學表示,研究團隊根據天冠5000/年裝置運行過程中積累的經驗和暴露的問題,已經設計出更加優化的工藝流程,并研發出第二代性能更好的納米催化劑,這些成果已經通過實驗室裝置驗證,將用于正在建設的廣州天成生物降解材料有限公司1萬噸/年項目和將要建設的河南天冠集團2.5萬噸/年項目,預計可降低生產成本60%,提高其產品競爭力。

       國家應從節能減排與環保的戰略高度,加大對包括二氧化碳降解塑料在內的循環經濟項目的政策扶持與財稅優惠,推動二氧化降解塑料技術進步和產業發展。隨著我國工業化進程的加快,二氧化碳的排放成倍增長。據預測,到2012年,僅煤化工領域產生的二氧化碳就將超過3.5億噸/年。減少溫室氣體的排放和煤炭資源的浪費,需要國家政策引導和資金扶持。

       我國是二氧化碳排放大國,但由于目前經濟高速發展依然十分依賴化石燃料,減少二氧化碳的排放是相對困難的。因此如何高效利用二氧化碳已經成為世界范圍日益受到重視的問題,將二氧化碳固定為全降解塑料是一條公認的有效途徑。但是,該技術因成本高,加工性、力學及熱學性能有待進一步改善等原因,目前世界范圍內都沒有實現大規模產業化。國家科技支撐計劃提出,將研制出二氧化碳與環氧化物共聚合的高效催化體系,解決本體共聚合和后處理過程的傳質和傳熱問題以及樹脂的實時改性問題,突破二氧化碳樹脂的工業化連續生產的關鍵技術。課題將主要研究二氧化碳基塑料的催化活性的保持、連續共聚合工藝、聚合物的后處理方法等工程化技術,解決二氧化碳共聚物工業化大規模合成所面臨的傳質、傳熱的關鍵技術問題;針對二氧化碳—環氧丙烷塑料使用溫度狹窄的弱點,引入功能化環氧化物第三單體進行化學共聚改性,拓展其使用溫度區間;在2010年前建立1萬噸二氧化碳基塑料生產線并達產銷售,并形成5萬噸生產線的工藝包.


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