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生物基聚酯特辑:大势所趋,东风已来,技术又如何?

2019-10-14  石0610

为什么是“生物塑料”

问2019-2020年,全球塑料领域最热门的研究方向是什么?

小编认为是:生物塑料!

征兆1:天然石油资源的日益紧张,生物基材料必须提上日程;

征兆2:在世界经济论坛(WEF)报告中,生物塑料于新兴技术2019TOP 10中排名第一;

征兆3:循环经济或环保材料成为2019全球最大的塑料展“国际橡塑展”和“德国塑料展”的重要主题;

征兆4:全球化工与材料巨头企业在今年纷纷推出多个环保新材料或新技术,不胜枚举!

征兆5:全球塑料垃圾已经“忍无可忍”,自2015年以来,全球塑料垃圾的产生量持续增加,每年超过3亿吨流入环境中, 预测到2050年将达到约120亿吨。欧洲、亚洲等地区正在实行越来越严格的“禁塑令”以遏制塑料垃圾的蔓延;

征兆6:市场巨大,不火不行!根据联合市场研究公司(Allied Market Research)的报告,2017年全球生物塑料市场规模为243.8亿美元,预计到2024年将达到685.7亿美元,2018年至2024年的复合年增长率为18.8%。

因此,以“绿色、环保、可再生、易降解”著称的生物基材料显得尤为重要,势在必行!

生物聚酯的机遇

根据类型分类,生物塑料市场分为可生物降解塑料和不可生物降解塑料。

不可生物降解塑料包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚酰胺(PA)、聚乙烯(PE)和聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)等。

由于全球可持续包装工业的快速发展,原油价格的波动,加上生物塑料具有光泽度、阻隔效果、抗静电性能和可印刷性等特性,特别适用于包装应用(瓶子、杯子、罐、瓦楞纸箱、盒子和其他)。

结果显示,超过60%的生物塑料用于包装相关的行业,其中食品和饮料行业是生物塑料的最大的应用领域,2018年的市场值超过40亿美元,预计到2027年底,相关的市场值将超过127亿美元,在预测期内该市场值复合年增长率为15.2%。

而包装的繁荣带动了生物聚酯(Bio-PET)市场的增长。此外,生物聚酯有望满足汽车行业对轻质材料需求的增长,此外政府的优惠政策也将推动生物聚酯市场作为环保替代品的需求,这无疑将推动生物聚酯快速发展。

生物聚酯挑战

迄今为止,生物基聚合物的技术进步主要集中在开发聚酯和聚酰胺的直接替代物或间接替代物,一方面是由于当前微生物容易产生的代谢产物;另一方面是,像聚乳酸(PLA)、聚羟基脂肪酸(PHA)、聚羟基乙酸(PGA)、聚丁二醇丁二酸酯(PBS)等降解型生物塑料,由于分子骨架中缺乏刚性的芳香环结构,其力学性能(如强度、模量等)与耐热性能(如玻璃化转变温度Tg)均明显低于PET、PBT、PC等石油基芳香类高分子。

而石化聚酯的原料对苯二甲酸(TPA)完全依赖石化产品对二甲苯(PX),后者又因安全性和环保性备受抵制,严重依赖进口。

因此生物基聚酯能否通过结构优化和创新的技术方案,使其性能到达甚至超越石化聚酯,这将是其面临的挑战。

那么全球生物基塑料和聚酯市场现状如何?发展趋势又怎样?最新的研究成果有哪些?技术水平又如何?

为了让市场进一步了解生物基聚酯材料的研究和市场现状及趋势,《2019第四届中国国际工程塑料产业创新大会》特邀请生物基材料顶级专家、中国塑料协会工程塑料专业委员会理事长、中国科学院宁波材料所朱锦研究员带您一起剖析“呋喃聚酯的合成与性能”。

同时,《2019第四届中国国际工程塑料产业创新大会》特诚邀请到同样在生物基聚酯方面有颇深研究和产业化经验的,中国科学院长春应用化学研究所周光远研究员,为我们详细解读他的独特研究思路“生物基聚酯现状与研究进展”。

二氧化碳基聚酯薄膜

除了以上通过构建具有芳香结构的单体来制备生物塑料之外,利用二氧化碳制备生物降解塑料则是另外一种非常独特的思路,不仅能有效的吸收和利用巨量的二氧化碳,还能变废为宝,这已经成为全球各国科学家研究的重大课题。

其实早在自1997年起,中科院长春应化所就开始布局二氧化碳基生物降解材料(PPC)的应用基础研究,其原理上并不难,难点在于如何研发高活性催化剂合成出高分子量二氧化碳基塑料,并通过低成本改性让这种物质达到最优性质。

通过与多个企业开展技术合作,经过反复试验,开发出了合适的高热稳定金属催化体系,不但具有较好的选择性和催化效率,还可工业化规模制备重均分子量超过50万的PPC,使PPC耐热性进一步提高,能够满足目前市场对超薄膜的需求;同时,研究人员还在助剂和成型加工设备上进行了系统研发,在确保PPC物化性能的前提下,大幅度降低了改性专用料成本。该成果得到了国家自然基金委杰出青年科学基金等支持,获得美国专利2件、日本专利1件、中国发明专利27件,形成了完善的自主知识产权。

目前,该二氧化碳基生物降解塑料已经实现量产,实现了PPC的连续吹膜,并以PCO2R商标于2011年4月获得美国生物降解塑料研究所(BPI)的论证,成为世界上第一个PPC的薄膜制品,工业化生产能力达年产5万吨,如果工业化规模达到年产30万吨,成本会进一步降低。

而该产品应对的是150万吨/年的农用膜,以及“禁塑令”下快速生长的塑料袋、快递包装、胶带等应用领域,市场前景可想而知。

那么二氧化碳转化为聚酯大规模市场化还需要多少年?还存在哪些挑战?投资回报和时机如何?《2019第四届中国国际工程塑料产业创新大会》特邀二氧化碳基生物降解塑料顶级专家、中国科学院长春应用化学研究所王献红研究员于10月29-31日在宁波,带您一起剖析“基于二氧化碳基塑料的高性能生物降解薄膜”.

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