塑料制品的生产过程几乎都要用到矿物燃料。全球每年的碳资源消耗量约为25亿吨,其中54%用作生产能源,35%为车用燃料,而位居第三位的化工业则消耗了其中的12%,这其中有一半是用作化合物生产的原材料,一半是作为生产中的能源使用。值得一提的是,碳用作原材料时有90%都贡献给了聚合物生产。
我们的日常生活离不开这些聚合物,而塑料根据其可循环性能可大致分为7大类:1.对苯二甲酸乙二醇酯2.高密度聚乙烯3.聚氯乙烯4.低密度聚乙烯5.聚丙烯6.聚苯乙烯7.其他类型塑料根据可循环性能将塑料分类是必要的,因为不同类型的塑料在融化时不能混合。
可持续发展已经得到了人们越来越多的关注,成为我们选择塑料制品的首要出发点。1992年,由170多个国家签署的里约环境与发展宣言中提到:“人类是可持续发展的主导,资源是人类利益的核心,”而科学技术将为人类保护有限的资源做出巨大贡献。可持续发展已经被越来越多的企业所接受,作为其寻求企业利益、履行企业公民职责的最高指示,其中对自然资源的合理利用和对废弃物的处理无疑是这些企业面临的最大挑战。聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯之所以被称为绿色制品是由于它们在生产中产生极少的废物,而聚氯乙烯在生产中不但能耗高,还会产生大量的无机废物,因此不在绿色制品之列。
选择塑料制品的另一标准是它们的毒性。当然,塑料本身并不能对人体产生威胁,但是某些塑料在特定的条件下却可以,其中最受环保人士关注的就是聚碳酸酯,它的主要原料是双酚A,聚碳酸酯在高温条件自下会释放出该物质,它在人体内可能会发挥类似雌激素的作用,扰乱人体的代谢过程。聚氯乙烯在生产中需要增塑剂酸二辛酯的参与,而这种物质在高温下会析出铅,也会对人体的健康造成危害。由此看来,聚乙烯和聚丙烯会比聚氯乙烯和聚苯乙烯更为健康环保。
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需要考虑的第三点是其可降解性。大多数的塑料制品是不可降解的,它们会在自然环境中长期存在。相比掩埋,对其进行焚化法处理更为有效,因为塑料在焚烧时可产生能量,但它同样会产生有毒物质。PVC因为含有大量氯原子已经成为产生二氧化碳排放的最大元凶之一。而聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯和对苯二甲酸乙二醇酯则因含有极少的氯,焚化处理没有任何问题,但它们却需要专门的焚化设备,并且不能进行户外处理操作,因为这些材料燃烧时会产生大量焦油和其他有毒物质。
聚合物的生产需要矿物燃料,而我们的日常生活对石油又有很高的依赖度,鉴于石油是一种不可再生能源,我们必须要寻求其他的能源途径以取代日益枯竭的油气资源来为人类服务。
考虑到以上几点,聚合物工业发展的新途径就是用可再生能源如蛋白质、碳水化合物等,生产出绿色生物可降解聚合物。聚羟基丁酯(PHB)就是其中一种很有发展潜力的原材料,它由葡萄糖发酵产生的细菌中得来,在一定的条件下,细菌的细胞浆可以堆积发酵,从而得到PHB,这至少在一定程度上说明了以细菌作为PHB原材料并实现工业化生产是聚合物未来发展的一个新思路。PHB各项物理和化学性能与聚丙烯相似,但是截止目前,其十倍于聚丙烯的生产成本令众多的生产商望而却步,现在它的年产量极低,但是它无毒,而且易于生物分解,同时废弃后对环境没有污染,在需求日益高涨的条件下,PHB生产所面临的种种障碍可能会被一一克服。
聚乳酸(PLA)是另一种绿色生物基可降解聚合物。它由玉米经过发酵再聚合得到,可作为食品包装材料和衣物面料。2002年,CargillDow公司建成了第一条年产14万吨的PLA生产线,产品商标为"NatureWorks"。然而出乎人们意料的是,由于PLA的生产需要大量的玉米,相关人员在给谷物原料施肥的过程中惹上了施肥过度以致附近河流富营养化的麻烦。另一方面,日益上涨的玉米价格和玉米作为食物或塑料生产原料的争端也是这一产业发展所面临的瓶颈。(文章来源环球聚氨酯网)
从可持续发展的角度来看,目前最具吸引力的聚合物当是从二氧化碳(CO2)中提取来的。当然CO2不能直接转化为聚合物,但是它在环氧丙烷、环氧乙烷等环氧化物的参与下可以产生聚合物。整个聚合过程还需要催化剂的帮忙,第一种可以参与该反应的催化剂于1969年在东京产生,但是它性能不佳,效率不高,不适合规模化生产。参与聚合过程所需催化剂的催化性能是由以下三个方面决定的:1.转换数2.转换频率3.聚合物的分子量1969年业界所使用的催化剂转换数为6,相当于用1克的催化剂可产生10克的聚合物,它的转换频率为每小时0.12个转换,这也就意味着这10克的聚合物需要50个小时的时间来完成。
纵使结果不佳,它却起到了抛砖引玉的作用。在这之后,一系列的催化剂层出不穷,其中最成功的,也是最有希望被大规模运用的催化剂是由美国康乃尔大学在本世纪初期合成的。它最大转换数接近1000,每小时可完成1500个转换,每摩尔配比的催化剂可于产生50000克的聚合物生产。一个名为Novomer的公司于2004年成立,专门研究这种催化剂的工业化生产和运用。最近Novomer得到了美国某风投机构对该项目的660万美元的资金支持,帝斯曼公司也已经与Novomer公司达成投资协议。
为了应对全球性气候变化,韩国提出了“绿色增长(greengrowth)战略”作为未来国家经济发展的方向,乘气候变化走向成长之路。
最近韩国一研究机构也宣布了自己在二氧化碳合成聚合物方面的最新进展。该机构推出了转换数20000转换频率每小时20000,并且分子量为300000的催化剂,这在数量上大大超过了康乃尔大学的成果,而这一新催化剂的另一优点是它可以在参与聚合反应后回收利用,从而大大降低成本和生产时所产生的废物。
[DividePage:NextPage]但这种催化剂也不尽完美,它的残渣很可能会影响成品树脂的色泽。这种催化剂含有有毒过渡金属元素,树脂遇到它的残渣极易破裂,从而使某些还未参与反应的催化剂提前失效。因此该机构设计了一套方案使聚合后的催化剂和树脂分离,分离后的催化剂回收,不影响之后的催化效果。CO2和环氧化物所产生的聚合物有诸多优点,它降低了生产过程对石油的依赖;它极易分解,可以有效减少环境中存在的丙烯醇类及其衍生物。它可以在空气中温和燃烧,不产生任何有毒物质或灰烬,焚化过程简单安全。另外,作为食品包装材料,它比传统材料更为安全。这种材料目前仅有的缺点就是热熔性不是很好,它在35摄氏度的时候就要变软因此不适宜包装高温物质,在180摄氏度的时候就开始分解,这就在一定程度上限制了其使用范围。
韩国这一科研组织推出的该项技术已经以6亿韩元转让给国SKEnergy,未来按产量支付的专利费为销售额的0.1-0.2%。
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