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作(zuò)者:午夜精品福利网 閱讀量:次 發表時間:2020-12-14 17:00
生物分解塑料
塑(sù)料回收再利用(yòng)技術可以(yǐ)分為物理方法(材料回收再利用和熱回收再利用)和化(huà)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(shì)材料回收再利用無法避免重複再生的塑料製品的品(pǐn)質降低,從而(ér)使再(zài)生利用受到很(hěn)大(dà)限製。
化學回(huí)收(shōu)再利用又可以(yǐ)分(fèn)為廢塑料的氣化、油(yóu)化、甲醇化回收,和廢塑料的(de)單體化、低聚物化回收。從循環經濟角度的觀點來看,後者(zhě)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(yě)是可行的。這是因為,生物分解塑料大都是(shì)靠容易發生水解的酯鍵和酰氨鍵結合(hé)而成的,比較容易發生解聚反應,所(suǒ)以比較(jiào)容易進行(háng)單體化回收,因此,目前對生物分解塑料如何進行化(huà)學回收再利(lì)用的研究(jiū)也正在逐漸增(zēng)多。
不管生物分解塑料是屬於(yú)微生物產生類、天然物類還是(shì)化學合成類,都要盡可能地謀求循環(huán)利用。這(zhè)是因為,生物分解塑料通過循環利用,在生命周期(qī)整(zhěng)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(hé)物(wù)也是一樣的。在這些物質的製造中,由於發酵工(gōng)程和產生物的化學變換過(guò)程等中都(dōu)需(xū)要相應的能量,所以才更需要謀(móu)求循環型回收(shōu)利用。
適用於生(shēng)物分解(jiě)塑料(liào)的回收再利用過程包括重複使用、材料回收利用、熱回收再利(lì)用、化學回(huí)收再利(lì)用和生物回收(shōu)再(zài)利(lì)用等(圖8-1)。現在還是石油類生物分解塑料較多,今後,隨著生物質製造技(jì)術的發展,預期會逐(zhú)漸變成生物(wù)基的生物分解塑料。但由於資源的有限性,即使是生物(wù)基的生物分解(jiě)塑料,也(yě)要不斷研究製造工(gōng)程(chéng)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(gāo)技能(néng)化,以及循環技(jì)術和相應的係統。

物理回收再利用
材料(liào)回收利用是保持塑料的高分子狀態,進行熔融、溶解,然後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(jìn)行重複多次使用,然後進行材料回收利用。材料回收利用中難點在於異種聚合物和添加劑的(de)混入,和混入了部分水解後的聚合物。生物分解塑料和PET等通用塑料一樣,收(shōu)集後要進行雜質分離、挑選(xuǎn)、粉碎等前處理,然後進行熔融、顆(kē)粒化等(děng)處理。一般地,根據塑(sù)料的用途不同(tóng),對性能的要求也會不同。所以,由於前麵所說的原因,材料回收利用所(suǒ)得的塑料性(xìng)能會降低,而無法再使用於同一用(yòng)途,隻(zhī)能降級使用。
因此,繼材料回收(shōu)利用的方法之後,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製。例如,在日本2005年愛知世博會用過(guò)的食品器具,作(zuò)為材料回收利用(yòng)的實例,它被回(huí)收後製成植物(wù)栽培容器,用於(yú)同年10月開(kāi)幕的日本岡山國體等場(chǎng)合。
在實際使用中,為了提高強度、耐熱性等(děng)性質,會在PLA中配入各種添加劑和混(hún)溶劑。例如(rú),在(zài)電器的外殼和汽車零部件中(zhōng)混入洋麻植物纖維後,就可以得到強度和耐熱性足夠的樹脂。洋麻自身生長速度(dù)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(má)植(zhí)物纖(xiān)維的(de)PLA的材料回收利用基(jī)本過程是,熔融、顆粒化和(hé)再成型,過程中不會出現明顯的物性降低,因此可以進行(háng)多(duō)次材料回收利用。
但是,將來隨著生物塑料(liào)品(pǐn)種(zhǒng)和使用量逐漸增加,需要回收利用的量(liàng)也會越來越(yuè)多,單(dān)靠材料回收的話明顯無法處理,於是化學回收再利用逐(zhú)漸不被人們重視。
化學回收(shōu)再利用
化學回收再利用,是把塑料以化學手段處理(lǐ)成有用的低分子後再(zài)進行利(lì)用。有石油(yóu)化學為主(zhǔ)的能量回收,和回收塑料原料的單體回收再利用之分,從後者的意義上利用的情況(kuàng)比較多。從(cóng)反應類(lèi)型來看,化學回收(shōu)再利用又分為熱分解和(hé)化學解聚兩大類。把塑料(liào)作(zuò)為化學原料和燃料回收的方法(熱分解技(jì)術(shù)),常見(jiàn)的有隔(gé)絕空氣(qì)的熱(rè)分解和在氫氣下的熱分解。曾經試(shì)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,非常難以控製。
但是近來,通過在熱分解反應中添加催化劑,慢慢可以(yǐ)控製(zhì)反應(yīng),並開發了對應於精密聚合技(jì)術的精密解聚技術。化(huà)學解聚生成單體的方法(解聚(jù)技術)又可以(yǐ)按(àn)催化劑和溶(róng)劑不同分為加水分解、加醇分解、葡萄糖分解等(děng)。此外,把酶和微生物作為可(kě)再(zài)生天然催化(huà)物使用的生(shēng)物化學法也得到了關注。
生物(wù)分解塑料的生物分解和解聚發生的化學結構部位基本(běn)上是共通的。開始是PLA和PHA,到後來PCL、脂肪族聚(jù)碳(tàn)酸酯、聚氨酸等,許多生物分解塑料都被發現具有化(huà)學回收再利用機能。生物分解塑料是根據物(wù)性要求進行混(hún)合(hé)的,所以(yǐ)比起熱分解(jiě),通過解聚進行(háng)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(hái)原(yuán)型化學回收再利用中(zhōng)的基本反應,是利用聚合反應和解聚反應(yīng)的平衡狀態的反應。環狀單體的開環聚合中,開環(huán)的能量是聚合的推動力,另一(yī)方麵,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(píng)衡狀態(tài)。即如圖8-2所示,開環聚合隨(suí)反應條件變化反應是(shì)可逆的,平衡成立。所以,為了促進單體的解聚,會通過減壓等(děng)方法使生成的單體氣(qì)化從而(ér)被(bèi)隔離到係統外(wài)等方法。但是,一般在高溫下進(jìn)行的熱(rè)分解反應,會受(shòu)到副反應和聚合物鍵的末端基(jī)團結構的影響,所以在控製上比精密(mì)解聚和精(jīng)密聚合更難。
