Mondiale vooruitgang in afbreekbare plastictechnologie

De afbreekbare kunststoffen in mijn land bevinden zich in de beginfase van de industrialisatie. Vergeleken met de traditionele petrochemische kunststoffensector zijn er hogere technische barrières. De branchegerelateerde complete productie, uitrusting, ontwerp en ontwikkeling zijn allemaal erg moeilijk. Er moeten dringend productgerelateerde modificatietechnologieën worden ontwikkeld, en de volwassenheid van verschillende soorten productieprocessen voor afbreekbare kunststofproducten varieert ook.
PLA-technologie
De belangrijkste synthesetechnologieën van PLA zijn directe polycondensatie (eenstapsmethode) en ringopeningspolymerisatie (tweestapsmethode). De volwassenheid van deze technologie is lager dan die van PBAT. Onder hen is de directe polycondensatiemethode (eenstapsmethode) het gebruik van de activiteit van melkzuur in de aanwezigheid van een dehydraterend middel om carboxyl- en hydroxylgroepen te verwijderen, zodat de melkzuurmoleculen worden gecondenseerd om laagmoleculaire polymeren te vormen. en vervolgens worden de moleculen direct gecondenseerd door dehydratatie bij hoge temperatuur om PLA te vormen. Ten tweede bestaat de ringopeningspolymerisatiemethode (tweestapsmethode) erin om eerst glycolide te synthetiseren door dehydratiecyclisatie van melkzuurmonomeren, en vervolgens het herkristalliseerde glycolide te polymeriseren om PLA te verkrijgen. Met deze methode kan PLA met een hoog molecuulgewicht worden verkregen. Momenteel zijn de meeste projecten die industriële productie hebben gerealiseerd gebaseerd op tweestapstechnologie, die volwassener is, een hoger totaal molecuulgewicht van het product heeft en meer dan 200.000 ton PLA kan produceren met betere prestatie. Vanuit het perspectief van marktcapaciteit is het technische PLA-proces aanvankelijk ook opengesteld en is er een relatief volwassen reeks procesproductieapparatuur ontwikkeld.
De belangrijkste problemen bij de industriële ontwikkeling zijn de volgende: Ten eerste het grondstoffenprobleem. Het is moeilijk om de hoogzuivere, hoogwaardige lactide-tussenproducten die nodig zijn voor het indirecte productieproces te zuiveren. Momenteel is het aandeel van de import van lactiden relatief groot en afhankelijk van andere factoren. Tegelijkertijd is de prijs van grondstoffen voor de fermentatie van melkzuur met maïs als grondstof relatief hoog en is de totale productiecapaciteit beperkt. Ten tweede, technologie. Het molecuulgewicht van PLA gesynthetiseerd met de eenstaps-melkzuurmethode moet worden verbeterd, en er moeten efficiënte en goedkope melkzuurgrondstoffen worden ontwikkeld.
De productietechnologie en productiecapaciteit van PLA blijven duidelijk achter, vooral het productieproces met lactide als grondstof.
PBS/PBAT-technologie
Het technische industrialisatieproces van PBAT en PBS is opengesteld en er zijn volwassen reeksen industrialisatieprojecten voor technische apparatuur, en de technische volwassenheid is relatief hoog.
Het PBAT-proces ontwikkelde zich eerder in het buitenland. BASF lanceerde in 1998 de biologisch afbreekbare kunststof PBAT (Ecoflex) en kreeg snel promotie. De huidige productiecapaciteit bedraagt ​​74,000 t/a. Onlangs zal in de eerste fase van het geïntegreerde project van BASF (Guangdong) zes nieuwe PBAT-productielijnen worden gebouwd met een totale productiecapaciteit van 160,000 t/a (het nieuws was vervalst). Het Italiaanse Novamont is het eerste bedrijf ter wereld dat biologisch afbreekbare kunststoffen industrialiseert. In 2004 verwierf Novamont de Eastar-Bio copolyester biologisch afbreekbare kunststofactiviteiten van Eastman Company in de Verenigde Staten. De geproduceerde PBAT heet Origo-Bi, met een productiecapaciteit van 100,000 t/a.
De PBAT-productietechnologie in mijn land is laat begonnen, maar het niveau is niet achteruitgegaan. De veelgebruikte technologieën zijn voornamelijk afkomstig van onderzoeksinstellingen of ondernemingen zoals het Instituut voor Fysische en Chemische Technologie van de Chinese Academie van Wetenschappen, Tsinghua Universiteit, Juyou Chemical en Yizheng Chemical Fiber.
Onder hen heeft Juyou Chemical in 2012 de eerste PBAT-productielijn van 10.{1}}ton in China gebouwd en in gebruik genomen. Het marktaandeel van binnenlandse PBA-apparaten bedraagt ​​meer dan 90%. De belangrijkste processtroom is: de grondstoffen worden continu toegevoegd aan de eerste veresteringsketel voor een veresteringsreactie, en de copolyesteroligomeren worden verkregen en gaan vervolgens de tweede veresteringsketel binnen voor verdere veresteringsreactie. De verkregen veresterde producten worden achtereenvolgens in de eerste en tweede polycondensatieketels gevoerd voor een polycondensatiereactie, en uiteindelijk wordt een PBAT-product met een hoog molecuulgewicht en een smeltindex van minder dan 5 verkregen door het toevoegen van additieven. Vanwege het bijproduct tetrahydrofuran (THF) dat tijdens het productieproces ontstaat, worden voor scheiding en zuivering drie gepakte torens gebruikt. Het verkregen THF heeft een hoge zuiverheid en kan verder worden gerecycled.
Omdat PBS, PBT, PBAT, PBSA en PBST tot hetzelfde type polyester behoren, gebruiken veel binnenlandse fabrikanten van biologisch afbreekbare plastics het PBS-productieproces (of zijn dat van plan te gebruiken) dat is ontwikkeld door het Instituut voor Natuurkunde en Scheikunde van de Chinese Academie van Wetenschappen om over te schakelen voor de productie van PBS/PBAT. Het belangrijkste PBS/PBAT-syntheseproces is vergelijkbaar met dat van Juyou Chemical, behalve dat door de ontwikkeling en het gebruik van een nieuw Ti-Si nanocomposiet hoogefficiënt katalysatorsysteem voor polyestersynthese, de stap van het toevoegen van ketenverlengingsadditieven aan de productielijn wordt geëlimineerd, en Er kunnen PBS/PBAT-producten met een molecuulgewicht van meer dan 200.000 ton worden geproduceerd. Door de introductie van cryogene apparaten en cryogene technologie bij lage temperaturen wordt het bijproduct van de reactie, tetrahydrofuran (THF), gerecycled en hergebruikt om corrosie aan de apparatuur te verminderen, waardoor voor het hele apparaat geen THF-uitstoot wordt bereikt en een PBS/PBAT-productieprocespakket wordt gevormd met onafhankelijke intellectuele eigendomsrechten en een complete set gepatenteerde productie- en toepassingstechnologieën.
In termen van de transformatie van bestaande apparaten bouwde Yizheng Chemical Fiber in 1997 's werelds eerste PTA (tereftaalzuur) continue veresteringsmethode voor PBT-productie door middel van technologie-introductie. Het hoofdproces omvat een veresteringseenheid voor grondstoffen, een polycondensatie-eenheid en een eenheid voor additieven. Door de bestaande PBT-productie-eenheid van 150,{2}} ton per jaar te transformeren, kan de productie van PBAT, PBST en PBSA flexibel worden aangepast aan de marktvraag. In mei 2019 werd de industriële productie van twee biologisch afbreekbare kunststoffen, PBST en PBAT, succesvol gerealiseerd. In oktober 2020 werd het derde biologisch afbreekbare plastic, PBSA, gelanceerd.
Tot nu toe hebben de grote binnenlandse en buitenlandse bedrijven en hun productietechnologieën een grootschalige productie van 10,000 ton PBAT gerealiseerd: de 71,000 t/a PBAT-eenheid van BASF maakt gebruik van zelfontwikkelde technologie; Novamont's 100,000 t/a PBAT-eenheid maakt gebruik van de technologie van de overgenomen Amerikaanse Eastman Company; De 60,000 t/a PBSA/PBAT-eenheid van Kingfa Technology maakt gebruik van zelfontwikkelde technologie; De 20,000 t/a PBAT-eenheid van Jinhui Zhaolong maakt gebruik van de technologie van het Instituut voor Natuurkunde en Scheikunde van de Chinese Academie van Wetenschappen; De 13,000 t/a PBS/PBAT-eenheid van Hangzhou Xinfu maakt gebruik van de technologie van het Instituut voor Natuurkunde en Scheikunde van de Chinese Academie van Wetenschappen; Sinopec Yizheng gebruikt zelfontwikkelde technologie om de bestaande PBT-eenheid om te vormen tot een 30,000 t/a PBAT/PBST-eenheid.
Uit vergelijkende analyse blijkt dat de binnenlandse PBAT-productietechnologie volwassen is. De PBAT-productietechnologie, vertegenwoordigd door Juyou Chemical, heeft de voordelen van een continue processtroom, efficiënte behandeling van bijproducten en een goede productkwaliteit, en wordt op grote schaal gepromoot en toegepast. De eenstapsproductietechnologie van PBS/PBAT, ontwikkeld door het Instituut voor Natuurkunde en Scheikunde van de Chinese Academie van Wetenschappen, heeft als voordeel dat het de investeringen in apparatuur en het materiaalverlies vermindert. De succesvolle ontwikkeling van flexibele apparatuur vermijdt de beperking dat andere productielijnen alleen specifieke producten kunnen produceren, zich kunnen aanpassen aan de marktvraag naar verschillende producten, en legt ook de basis voor bedrijven om flexibel te reageren op marktveranderingen en de voordelen te maximaliseren.
De composietmodificatietechnologie van PBAT/andere afbreekbare materialen wordt als volgt kort beschreven: Polymelkzuur (PLA) heeft uitstekende mechanische eigenschappen en goede afbreekbare eigenschappen. Met het oog op de tekortkomingen van slechte mechanische eigenschappen van PBAT-materialen worden PLA en PBAT gemengd en gemodificeerd om de sterkte en elasticiteitsmodulus te verbeteren, terwijl PBAT/PLA-composietmaterialen goede afbreekbare eigenschappen behouden. Een afbreekbaar composietmateriaal van PBAT en stereocomposiet polymelkzuur (sc-PLA) werd bereid door smeltmenging. Nadat PBAT en sc-PLA zijn gemengd, wordt in het mengsel een permeatienetwerkstructuur van bolvormige vulstoffen gevormd, die een hogere vloeispanning en modulus vertoont. Om de mechanische eigenschappen van PBAT/PLA-composieten verder te verbeteren, is het noodzakelijk om de compatibiliteit van PBAT en PLA te verbeteren.
Biologisch afbreekbare verpakkingszakken gemaakt van PLA+PBAT kunnen onder bepaalde omstandigheden worden afgebroken tot water en kooldioxide, zonder het milieu te belasten.