2021-12-07 479 蘇州和塑美
完美的聚合物--平衡物理特性和環境性能的聚合物--并不存在,但聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)比許多聚合物更接近完美。
幾十年來,合成聚合物的生產商一直未能阻止他們的產品最終進入垃圾填埋場和海洋,而他們現在正面臨著承擔責任的壓力。許多人正在加倍努力促進回收,以避免被批評。其他公司正試圖通過投資可生物降解的生物基塑料,如聚乳酸(PLA)和聚羥基烷烴(PHA)來解決廢物問題,希望自然降解至少能減輕一些廢物。
但回收和生物聚合物都面臨著障礙。例如,盡管經過多年的努力,美國的塑料回收率仍然不到10%。而生物基聚合物--通常是發酵的產物--要達到與它們要取代的成熟的合成聚合物相同的性能和生產規模,是很困難的。
PBAT結合了合成聚合物和生物基聚合物的一些有益屬性。它來自常見的石化產品--精對苯二甲酸(PTA)、丁二醇和己二酸,但它是可生物降解的。作為一種合成聚合物,它可以很容易地大規模生產,而且它具有制造柔性薄膜所需的物理特性,可以與傳統塑料的薄膜相媲美。
人們對PBAT的興趣正在上升。像德國的巴斯夫和意大利的Novamont這樣的老牌生產商,在經過幾十年的市場培育之后,看到了需求增加。超過半數的亞洲生產商也加入了他們的行列,隨著地區政府對可持續發展的推動,他們預計這種聚合物的生意會很紅火。
Marc Verbruggen是PLA制造商NatureWorks公司的前首席執行官,現在是一名獨立顧問,他認為PBAT是 “制造生物塑料產品的最便宜和最容易的方法”,他認為PBAT正在成為卓越的柔性生物塑料,領先于聚丁二酸丁二醇酯(PBS)和PHA等競爭者。而且它可能會成為整體上最重要的兩種生物降解塑料之一,與PLA并駕齊驅,他說PLA正成為剛性應用的主要產品。
密歇根州立大學化學工程教授Ramani Narayan說,PBAT的主要賣點--它的生物降解性--來自于酯連接,而不是像聚乙烯等不可降解的聚合物那樣的碳-碳鍵。酯鍵容易受到水解和酶的影響。
例如,聚乳酸和PHA是聚酯,當它們的酯連接被破壞時就會降解。但最常見的聚酯-聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET),用于纖維和礦泉水瓶-不那么容易分解。這是因為其主干中的芳香環來自于PTA。據Narayan說,這些環賦予了結構特性,也使PET具有疏水性。他說:“水不容易進入,它減慢了整個水解過程?!?/span>
一些巧妙的化學反應使科學家在20世紀90年代發明了PBAT,作為脂肪族和芳香族聚酯之間的橋梁。
巴斯夫生產聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT),這是一種用丁二醇制成的聚酯。該公司的研究人員正在尋找一種他們可以輕易生產的可生物降解的聚合物。他們用脂肪族二元酸代替了PBT中的一些PTA。通過這種方式分離聚合物的芳香族部分,使其可被生物降解。同時,還留下了足夠的PTA,使該聚合物具有值得信賴的物理特性。
Narayan認為PBAT的生物降解性比PLA好一點,PLA需要工業堆肥才能分解。但它還不能與市售的PHA相提并論,后者在環境條件下,甚至在海洋環境中都可以進行生物降解。
專家們最常將PBAT的物理特性與低密度聚乙烯進行比較,后者是一種用于制造薄膜的彈性聚合物,如垃圾袋。
PBAT經常與聚乳酸混合,聚乳酸是一種具有剛性的、類似聚苯乙烯特性的聚合物,可提供硬度。巴斯夫的Ecovio品牌就是基于這種混合物。例如,Verbruggen說,可堆肥購物袋通常是85%的PBAT和15%的PLA。
Novamont公司為配方增加了另一個層面。該公司將PBAT以及其他可生物降解的脂肪族芳香族聚酯與淀粉混合,為特定應用創造樹脂。
該公司的新業務發展經理Stefano Facco說:“在過去的30年里,Novamont一直致力于解決那些可降解性為產品本身增加價值的應用。
PBAT的一個大市場是地膜,地膜鋪在農作物周圍以防止雜草并幫助保持水分。當使用聚乙烯薄膜時,它們必須被拉起來,并經常被填埋。但是,可生物降解的薄膜可以直接耕種到土壤中。
另一個大市場是可堆肥垃圾袋,用于餐飲服務和家庭收集食物和庭院垃圾。Novamont最近收購的BioBag等公司的袋子已經在零售商處銷售多年。
"巴斯夫生物聚合物全球業務發展團隊負責人Joerg Auffermann說:“可堆肥塑料的主要生態效益來自于其使用壽命,因為這些產品有助于將食物垃圾從垃圾填埋場或焚燒場轉移到有機物回收。
多年來,可生物降解聚酯行業已經進入了薄膜以外的應用。例如,2013年,瑞士咖啡公司推出了用巴斯夫的Ecovio樹脂制成的咖啡膠囊。
Novamont材料的一個新興市場是可生物降解餐具,它可以和其他有機物一起被堆肥。Facco說,這種餐具在歐洲等已經通過限制使用一次性塑料的法規的地方已經開始起步。
由于預計會有更多的環境驅動型增長,新的亞洲PBAT參與者正在進入市場。在韓國,LG化學正在建設一個年產5萬噸的PBAT工廠,將于2024年開業,作為瑞山市22億美元可持續性投資計劃的一部分。SK Geo Centric(前稱SK全球化學)和Kolon Industries正在首爾合作建設一個5萬噸的PBAT工廠。Kolon Industries是一家尼龍和聚酯制造商,它提供生產技術,而SK則提供原材料。
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