二氧化碳降解塑料项目.docx

二氧化碳降解塑料项目.docx

《二氧化碳降解塑料项目.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《二氧化碳降解塑料项目.docx（9页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

二氧化碳降解塑料项目

二氧化碳降解塑料

概述

随着塑料用量与日俱增，产生的废弃物难以降解，形成危害环境的“白色污染”，严重阻碍了社会经济和环境的可持续发展。

因此，降解塑料应运而生。

而且许多发达国家，如美国、日本、德国等都制定了限用或禁用非降解塑料的法规，不少国家还制定了降解塑料的研发计划和措施，使降解塑料得到了迅速发展。

近年，降解塑料在北美以每年17%的速度增长，在欧洲则以59%的速度增长。

我国有关部门也开始在部分地区实施降解塑料的试行政策，为降解塑料在国内产业化发展奠定了基础。

降解塑料是暴露于环境条件下，在光、热、水、氧、微生物、昆虫等联合作用下，可进行降解的一类新型塑料。

其在用前或使用过程中，与同类普通塑料具有相当或相近的应用性能和卫生性能，而在完成其使用功能后，能在自然环境条件下较快地降解为易被环境消纳的碎片或碎末，并随时间的推移进一步降解成为二氧化碳和水，最终回归自然。

按照降解机理，降解塑料可分为光降解塑料、生物降解塑料和化学降解塑料等。

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。

其可用于一次性包装材料、餐具、保鲜材料、一次性医用材料、地膜生产等领域。

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。

它的发展不但扩大了塑料功能，而且在一定程度上缓解了环境矛盾，对日益枯竭的石油资源是一个补充。

利用此技术生产的降解塑料，不仅利用工业废气二氧化碳制造出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。

因此降解塑料的生产和应用，无论从地球环境保护的实际角度，或从取之不尽的可再生资源都具有重要的意义。

应用前景

二氧化碳降解塑料作为一类可完全降解的环保塑料，不仅能减少环境污染；而且能够实现资源替代，节约有限的石油资源，保持塑料工业的可持续发展。

因此，未来二氧化碳降解塑料的应用范围将进一步拓宽，用量也将进一步增大。

二氧化碳降解塑料应用前景如下：

◆在自然环境中用于较难回收利用的领域

1）农用塑料制品，重点开发地膜、育苗容器和保鲜膜（片）

地膜我国地膜产量、用量和覆盖面积均为世界首位，已成为农业增产必不可缺的农业资材。

当前我国地膜用后回收利用率甚低，主要是由于地膜很难收集，即使强制收集，再生利用前需进行清洗、破碎，难度大，成本高，因此相当一部分散落在农田中，或捞到地头放火烧掉，都造成较大的污染。

对此，若采用降解塑料地膜则可以达到减轻或抑制环境污染的目的。

育苗容器育苗容器包括塑料钵体软盘、穴盘、护根钵、花盆等。

过去育苗容器采用土坨、纸体，后主要采用聚乙烯或废旧塑料制造，由于其用后在环境中不易自然降解，因此待秧苗发芽成长后需取出移栽，一方面花费劳力，而且更主要是会影响秧苗的成活率。

近年来开发的淀粉填充型降解塑料育苗容器，在一定程度上减缓了环境污染，并提高了成活率和成长率。

保鲜膜（片）我国是农业大国，每年果蔬产量很大，但由于缺乏适宜的保鲜技术和材料，致使在储运过程中失水、腐烂、变质，有些产品损耗率高达40-50%。

用二氧化碳降解塑料制造的膜（片）不但能够保鲜、延长保质期，而且用后还具有完全的生物降解性能，有利于堆肥化处理。

2）日用杂品：

重点开发超市用购物袋、垃圾袋，这些用品量大、分散、脏乱，很难收集，特别是垃圾袋，不适宜也不可能收集再生利用。

因此，采用降解塑料，可以使塑料垃圾减容减量，也有利于堆肥化处理。

3）土木建筑用材料：

重点开发山间、海中土木工程维修用型材、保水资材。

该类材料过去主要采用木材或普通塑料制造，用后长期遗留在山海中，严重影响景观。

采用降解塑料，可在完成使用功能后加速降解，回归自然。

4）运输用缓冲包装材料：

重点开发发泡片材、型材。

随着国内外贸易的不断发展，精密、易碎商品的运输离不开缓冲包装材料，过去主要采用聚苯乙烯泡沫塑料，由于其质轻、体积大，用后较难处理又不易降解，严重污染环境。

为此，已有一些国家和地区立法禁用、限用聚苯乙烯泡沫塑料。

因此，尽快研发和生产二氧化碳降解缓冲包装材料可满足当前出口市场的急需。

5）野外文体用品：

重点开发高尔夫球座，海上和登山运动一次性用品。

这些用品用后很难收集，采用降解塑料可以减轻污染。

◆有利于堆肥化领域

1）食品包装材料：

重点开发食品包装膜（袋）、餐饮具、托盘等。

目前我国食品包装膜（袋）年需求量高达90万吨，餐饮具和托盘需求量也近20万吨，这些用品用后不适宜再生利用，也较难降解，造成日益严重的“白色污染”。

因此，开发降解食品包装材料，减少给环境带来的负面影响，具有重要意义。

2）卫生用品：

重点开发一次性尿巾、生理卫生用品。

随着经济的发展，人们生活的不断提高，一次性尿巾、生理卫生用品需求量迅猛增长，这些用品用后很脏，不适宜循环利用，因此采用降解塑料可以减轻污染，也有利于堆肥化处理。

3）日用杂品：

重点开发轻型购物袋、收缩膜、垃圾袋、化妆品容器等，这些物品均为生活中用后即弃的物品，很分散也难收集，采用降解塑料较为适宜。

◆医用材料领域

重点开发一次性医疗用具和人体适性医用材料。

前者因受污染严重，除沾染有害、有毒物质及病菌者必须采用特殊焚烧或深埋处理外，采用降解塑料可减轻环境负荷和减少交叉感染。

医用材料，如骨折夹板、药品缓释材料、手术缝线、医用手套、绷带等是目前国际上开发的重点，对减轻病人痛苦、延长药品疗效、提高医疗效果有较大作用。

此外，二氧化碳降解塑料还可以用于药品包装和大容器输液器材等方面。

国外市场分析

目前国外生产降解塑料的国家主要有美国、日本、德国、意大利、英国、以色列等，生产的品种包括光降解塑料、光/生物降解塑料、崩坏性生物降解塑料及完全生物降解塑料等。

近年来各类降解塑料有了不同程度的进展，以光降解技术较为成熟，而生物降解的研究开发最为活跃。

世界降解塑料主要国家和地区生产情况见下表：

世界降解塑料生产情况

国家

生产公司

产品类型

商品名称

生产能力（t/a）

美国

NOVON

热塑性淀粉

改性淀粉/PC

NOVON

Degranovon

45000

UCC

聚己内酯（PCL）

TonePolymer

5000

AirProducts&Chemical

聚乙烯醇（PVA）

Vinex

84000

EastmanChemical

芳香族、脂肪族共聚酯

EastarBio

30000

CargillDowPolymer

聚乳酸（PLA）

NatureWorks

14000

DuPont

芳香族、脂肪族聚酯

Biomax

-

Frathshell

淀粉/纤维素

英国

Zeneca

聚3-羟基丁酸/戊酸酯共聚物

Biopol

3000

意大利

Novonmont

淀粉/PVA

淀粉/PCL

Mater-Bi

22700

德国

Bayer

聚酯酰胺

BAK

-

BASF

芳香族、脂肪族聚酯

Ecoflex

-

Biotec

淀粉/PCL

Bioplast

-

日本

三井化学

PLA

LACEA

500

岛津制作所

PLA

LACTY

-

昭和高分子

聚丁二酸丁二醇酯（PBS）

Bionolle

3000

昭和电工

聚己二酸丁二醇酯（PBA）

Bionolle

-

S.K.Ind.

聚丁二酸丁二醇酯（PBS）

Skygreen

皇子制袋

热塑性淀粉

Ecofoam

タイ.ル化学工业

PCL

Celgreen

-

MitsubishiGasChemical

聚3-羟基丁酸酯（PHB）

Biogreen

-

加拿大

EPI

光/氧降解聚乙烯

TDPA

-

韩国

IreChemicalLtd.

二元醇、二元酸脂肪族聚酯

Enpol

-

DaeSang

热塑性淀粉

BionylRegreen

-

日本在1995年建成两套生物降解塑料装置，1997年前后美国有6家公司进入生物降解塑料市场：

NovonInternational、UCC、AirProducts&Chemical、DuPont、CargillDowPolymers和EastmanChemical公司；同期，西欧也开始生产生物降解塑料。

1996年世界完全生物降解塑料年产量仅1.4万吨，1998年达到3万吨。

2001年，世界完全生物降解塑料产量增加到7万吨，1996-2001年年均增长率高达40%。

其中美国的产量和消费量占50%以上，西欧占33%左右。

由二氧化碳制备完全降解塑料的研究始于1969年，日本油封公司的井上祥平发现，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。

当前开展该项工作的国外研究单位主要有：

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、Exxon研究公司等。

有文献报导，美国AirProducts&Chemical公司和Dow公司已合成出相应的产品。

到目前为止，国外只有美国、日本和韩国等少数几个国家生产二氧化碳降解塑料，总生产能力达5万吨／年。

世界降解塑料的消费国家和地区主要集中在美国、欧洲和日本。

在这些市场存在的全降解塑料产品包括：

聚乳酸，生物降解PET，聚丁烯琥珀酸酯/已酸酯、聚羟基丁酸酯/戊酸酯、聚乙烯琥珀酸酯、聚酯酸胺和聚已内酯/混合物；淀粉和其混合物；以及加入增强降解能力添加剂的其它塑料。

目前，日本、美国、欧洲等都在加强降解塑料的研发及加速实用化进程。

预测，今后10年内全世界生物降解塑料的市场规模将达到130万吨/年。

随着二氧化碳降解塑料生产成本的降低及应用领域的不断扩展，其在21世纪将具有广阔的市场前景。

国内市场分析

国内降解塑料的研究开发始于20世纪70年代中期，90年代随着环保呼声日益高涨，降解塑料的研究蓬勃发展起来，并多次掀起开发生产降解塑料的热潮。

目前研究开发的降解塑料品种主要有光降解、光/生物降解、光/碳酸钙降解、光/氧/生物降解、完全生物降解、崩坏性生物降解等塑料。

据不完全统计，目前国内从事降解塑料的单位有100多家，并初步形成产学研相结合的开发体系。

已建成的双螺杆降解母料生产线近100条，能力达10万吨/年。

我国降解塑料现仍以淀粉填充型为主，这种材料因属于部分降解，会对环境造成二次污染，发展前景不容乐观。

降解塑料制品的生产线及能力则难以统计，因为一部分是同属一母料生产厂，约占母料生产线的20%；一部分是新建生产线；另有相当一部分是现有塑料加工企业利用原有成型加工设备，外购母料，根据市场需要生产的。

目前国内降解塑料应用尚处于萌芽期，较高的产品价格及质量的不稳定性，再加上对不同地域的适用性较差，限制了其大量应用，多数生产厂家以销定产，开工率较低。

我国于20世纪80年代末开始二氧化碳降解塑料的研究，开展该项工作的国内研究单位主要有：

中科院长春应用化学研究所、中科院广州化学所、吉化研究院、浙江大学、中山大学、天津大学等。

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吨/年、中海石油化学股份公司3000吨/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吨/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20000吨/年降解塑料项目。

预计到2010年降解塑料需求量将达到160万吨，若二氧化碳降解塑料市场按10%计算，则其需求量约为16万吨。

2010-2020期间，我国二氧化碳降解塑料需求增长率按6%计，2020年需求量将达到22万吨。

产品方案、生产规模及性能指标

项目规模为10万吨/年二氧化碳降解塑料，可分期实施。

装置年操作时间7200小时。

几种二氧化碳降解塑料的性能指标

项目

单位

CO2-环氧乙烷共聚物（PEC）

CO22-氧化2-丁烯共聚物（PPC）

CO2-氧化2-丁烯共聚物（PBC）

CO2-氧化环已烯共聚物（PCHC）

CO2-氧化苯乙烯共聚物（PStC）

玻璃化温度

Tg/℃

5

33

60

125

76

弹性模量

E/MPa

2.1

993

2190

-

2400

抗张强度

δ/MPa

5.9

33.2

37.0

-

54.1

密度

103kg·m-3

1.429

1.275

1.18

-

1.27

介电常数

kHz

4.32

3.0

-

-

3.25

体积电阻

Ω·cm

1016

1016

-

-

-

折光率

n

1.470

1.463

1.470

-

-

燃烧热

103kJ·kg-1

13.9

18.5

21.2

-

-

吸水性（23℃）

%

0.406

0.379

-

-

-

热分解温度

Td/℃

210

218

-

240-280

-

透气性

10-7

水汽

1.7

1.3

1.2

-

工艺技术方案

制备二氧化碳降解塑料工艺的关键是催化体系的效率和溶剂的选择，这方面的研究开发概况如下：

Ø锌催化体系

1969年，日本井上祥平首次采用乙基锌和水催化体系，以苯或二氧六环作溶剂，在200ml高压釜中，二氧化碳压力在2-5MPa之间，温度为20℃条件下，进行二氧化碳和环氧丙烷（PO）共聚反应，成功地得到了交替型脂肪族聚碳酸酯共聚物。

此共聚反应普遍认为符合阴离子络合催化机理，即共聚合过程中二氧化碳与环氧化物轮流在络合活性中心上配位插入。

但这种催化体系的催化活性太低，即生产1kg二氧化碳塑料，需用0.3kg二乙基锌，产品成本很高。

后来的研究发现用包含两个或两个以上活泼氢的化合物代替水作助催化剂，如多元醇、胺、胺基酚、芳香胺、苯二硫酚、氧化镁、氧化铝、苯二甲酸、苯二酚以及苯三酚等，催化活性有所增加，但和理想的工业化要求还相差甚远。

Ø双金属催化体系

鉴于烷基锌催化剂有自燃性，不易操作，且催化活性低，中科院广化所首先用含羧基聚合物处理二乙基锌。

据报导催化活性可达1000g/mol（Zn）。

其后他们将经典的Zn（Et）2…H2O催化体系中的Zn（Et）2改成两种金属化合物，制备出ZnX2…AlEt3…H2O双金属催化体系（X属杂原子），催化活性比经典的高出1倍。

将此双金属体系中的H2O换成羧基聚合物，获得负载型双金属催化体系ZnX2…AlEt3…PCOOH。

该体系载体选用苯乙烯与丙烯酸的摩尔比为1:

1的PSAA[聚（苯乙烯…丙烯酸）]，聚合物中羧基总数的1/2形成锌盐，1/2形成铝盐。

该催化体系的催化效率是1600g/mol。

近期，中科院广化科研人员又设计了一种称之为PBM的聚合物负载阴离子配位双金属催化体系，催化效率超过10000g/mol，每吨塑料中二氧化碳含量达到42%左右。

这一体系虽然具有较高催化活性，但所得产物带有不易去除的颜色（铁青盐所致），并且分子量较低，多为树脂状物。

Ø稀土催化体系

1991年，浙江大学用Y（CCl3COO）3…Al（iBu）3…甘油三元稀土催化剂研究了二氧化碳和环氧丙烷的共聚合规律。

反应条件是：

在80ml高压釜中，二氧化碳压力3-4MPa，以甲苯和二氧六环混合作溶剂，反应时间都在20小时以上，所得聚合物为高分子量分布窄的聚碳酸酯，催化效率近3000g/mol。

该聚碳酸酯交替性较低，二氧化碳的固定量低，只有16%左右，不利于增加二氧化碳利用率。

1997年，台湾清华大学开发了Y（CF3Coo）3…Zn（Et）2…甘油催化体系，二氧化碳固定量接近45%，产物中聚碳酸酯单元含量在95%以上，几乎是完全交替的聚碳酸酯，据称催化活性达4200g/mol。

长春应化所采用三元混合稀土催化体系（稀土烷基锌甘油），得到了交替结构产物，二氧化碳固定量接近50%，产品外观呈白色，硬度较大，催化效率高。

Ø溶剂的选择

溶剂对二氧化碳和环氧化合物共聚合的作用至今很少有人系统研究。

虽然Kuran曾从溶剂的碱性强弱观察过二氧化碳和环氧化合物的共聚合过程，但多数人认为溶剂只对二氧化碳的溶解程度起决定性作用，如苯、环己烷、二氧五环、1,4-二氧六环等。

据文献报导，以含氧化合物为溶剂的共聚合体系聚合物的收率较高。

原材料消耗

序号

名称

单位

单耗

年用量（万单位）

1

二氧化碳（＞99％）

t

0.53

5.3

2

环氧烷烃

t

0.57

5.7

3

催化剂

元

1000

10000

4

其它辅助材料

元

500

5000

投资估算及静态效益指标

建设年产10万吨二氧化碳降解塑料装置建设投资为83000万元，总投资91498万元。

序号

项目名称

单位

数量

备注

1

总投资

万元

91498

2

建设投资

万元

83000

3

年销售收入

万元

155000

产品价格15500元/吨

4

年总成本

万元

129958

5

年利税额

万元

25041

6

年利润额

万元

16530

7

投资利税率

%

27.3

8

投资利润率

%

18

9

投资回收期（所得税后）

年

7.1

包括建设期2年