Глобален напредък в технологията за разградима пластмаса

Разградимите пластмаси в моята страна са в ранен етап на индустриализация. В сравнение с традиционната нефтохимическа пластмаса има по-високи технически бариери. Цялостното производство, оборудване, дизайн и разработка, свързани с индустрията, са много трудни. Спешно е необходимо да се разработят свързани с продуктите технологии за модификация и зрелостта на различните видове технологии за производство на разградими пластмасови продукти също варира.
PLA технология
Основните технологии за синтез на PLA са директна поликондензация (едноетапен метод) и полимеризация с отваряне на пръстена (двуетапен метод). Зрелостта на тази технология е по-ниска от тази на PBAT. Сред тях методът на директна поликондензация (едноетапен метод) е да се използва активността на млечната киселина в присъствието на дехидратиращ агент за отстраняване на карбоксилни и хидроксилни групи, така че молекулите на млечната киселина да се кондензират, за да образуват нискомолекулни полимери, и след това молекулите се кондензират директно чрез дехидратация при висока температура, за да образуват PLA. Второ, методът на полимеризация с отваряне на пръстена (двуетапен метод) е първо да се синтезира гликолид чрез дехидратираща циклизация на мономери на млечна киселина и след това да се полимеризира прекристализираният гликолид, за да се получи PLA. Този метод може да получи PLA с високо молекулно тегло. Понастоящем повечето проекти, които са постигнали промишлено производство, се основават на двуетапна технология, която е по-зряла, има по-високо общо молекулно тегло на продукта и може да произведе повече от 200 000 тона PLA с по-добро изпълнение. От гледна точка на пазарния капацитет, техническият процес PLA също е първоначално отворен и е разработен сравнително зрял набор от оборудване за производство на процеси.
Основните трудности в индустриалното развитие са следните: Първо, проблемът със суровините. Трудно е да се пречистят високочистите и висококачествени лактидни междинни суровини, необходими за индиректния производствен процес. В момента делът на вноса на лактид е сравнително голям и зависи от други. В същото време цената на суровините за ферментация на млечна киселина с използване на царевица като суровина е сравнително висока, а общият производствен капацитет е ограничен. Второ, технология. Молекулното тегло на PLA, синтезиран чрез едноетапен метод на млечна киселина, трябва да бъде подобрено и трябва да се разработят ефективни и евтини суровини за млечна киселина.
Технологията за производство на PLA и производственият капацитет очевидно изостават, особено производственият процес, използващ лактид като суровина.
PBS/PBAT технология
Техническият процес на индустриализация на PBAT и PBS е отворен и има зрели набори от проекти за индустриализация на техническо оборудване, като техническата зрялост е сравнително висока.
Процесът PBAT е разработен по-рано в чужбина. BASF пусна на пазара биоразградимата пластмаса PBAT (Ecoflex) през 1998 г. и бързо беше рекламирана. Текущият производствен капацитет е 74 000 t/год. Наскоро първата фаза на интегрирания проект на BASF (Гуангдонг) ще изгради 6 нови производствени линии за PBAT с общ производствен капацитет от 160 000 t/a (новината беше фалшифицирана). Италианската Novamont е първата компания в света, която индустриализира биоразградимите пластмаси. През 2004 г. Novamont придоби бизнеса с кополиестерни биоразградими пластмаси Eastar-Bio на Eastman Company в Съединените щати. Произвежданият PBAT се нарича Origo-Bi, с производствен капацитет от 100,000 t/a.
Технологията за производство на PBAT в моята страна започна късно, но нивото не е назад. Широко използваните технологии идват главно от изследователски институции или предприятия като Института по физични и химически технологии на Китайската академия на науките, Университета Цинхуа, Juyou Chemical и Yizheng Chemical Fiber.
Сред тях Juyou Chemical изгради и пусна в експлоатация първата 10,{1}}тона производствена линия за PBAT в Китай през 2012 г. Пазарният дял на домашните PBA устройства надхвърля 90%. Неговият основен технологичен поток е: суровините се добавят непрекъснато към първия естерификационен котел за реакция на естерификация и кополиестерните олигомери се получават и след това влизат във втория естерификационен котел за по-нататъшна реакция на естерификация. Получените естерифицирани продукти се въвеждат последователно в първия и втория поликондензационен котел за реакция на поликондензация и накрая чрез добавяне на добавки се получава PBAT продукт с високо молекулно тегло и индекс на стопилка по-малък от 5. С оглед на страничния продукт тетрахидрофуран (THF), произведен по време на производствения процес, се използват три пакетирани кули за разделяне и пречистване. Полученият THF е с висока чистота и може да бъде рециклиран допълнително.
Тъй като PBS, PBT, PBAT, PBSA и PBST принадлежат към един и същи тип полиестер, много местни производители на биоразградима пластмаса използват (или възнамеряват да използват) производствения процес на PBS, разработен от Института по физика и химия на Китайската академия на науките, за да превключат за производството на PBS/PBAT. Неговият основен процес на синтез на PBS/PBAT е подобен на този на Juyou Chemical, с изключение на това, че чрез разработването и използването на нова Ti-Si нанокомпозитна високоефективна каталитична система за синтез на полиестер, стъпката на добавяне на добавки за удължаване на веригата в производствената линия е елиминирана и Могат да се произвеждат PBS/PBAT продукти с молекулно тегло над 200,000 тона. Чрез въвеждане на криогенни устройства и нискотемпературна криогенна технология, реакционният страничен продукт тетрахидрофуран (THF) се рециклира и използва повторно за намаляване на корозията на оборудването, постигайки нулеви емисии на THF за цялото устройство и образувайки пакет от производствени процеси PBS/PBAT с независими права на интелектуална собственост и пълен набор от патентовани технологии за производство и приложение.
По отношение на трансформацията на съществуващи устройства, Yizheng Chemical Fiber изгради първия в света PTA (терефталова киселина) метод за непрекъсната естерификация за производство на PBT през 1997 г. чрез въвеждане на технология. Основният процес включва единица за естерификация на суровини, единица за поликондензация и единица за добавяне на добавки. Чрез трансформиране на съществуващата производствена единица от 150,000 t/a PBT, производството на PBAT, PBST и PBSA може гъвкаво да се превключва според пазарното търсене. През май 2019 г. промишленото производство на две биоразградими пластмаси, PBST и PBAT, беше успешно реализирано. През октомври 2020 г. беше пусната третата биоразградима пластмаса, PBSA.
Досега големите местни и чуждестранни компании и техните производствени технологии са постигнали 10,000 тона PBAT широкомащабно производство: 71,000 t/a PBAT единица на BASF използва собствено разработена технология; 100,000 t/a PBAT блок на Novamont използва технологията на придобитата американска компания Eastman; Единицата на Kingfa Technology с мощност 60,000 t/a PBSA/PBAT използва собствено разработена технология; 20,000 t/a PBAT единица на Jinhui Zhaolong използва технологията на Института по физика и химия на Китайската академия на науките; Блокът PBS/PBAT с мощност 13,000 t/a на Hangzhou Xinfu използва технологията на Института по физика и химия на Китайската академия на науките; Sinopec Yizheng използва собствено разработена технология, за да трансформира съществуващото PBT устройство в 30,000 t/a PBAT/PBST устройство.
Чрез сравнителен анализ може да се види, че местната технология за производство на PBAT е зряла. Технологията за производство на PBAT, представена от Juyou Chemical, има предимствата на непрекъснат поток на процеса, ефективно третиране на странични продукти и добро качество на продукта и е широко популяризирана и прилагана. Едноетапната производствена технология на PBS/PBAT, разработена от Института по физика и химия на Китайската академия на науките, има предимствата на намаляване на инвестициите в оборудване и материални загуби. Успешното разработване на гъвкаво оборудване избягва ограничението, че други производствени линии могат да произвеждат само специфични продукти, могат да се адаптират към пазарното търсене на различни продукти и също така поставя основата за предприятията да реагират гъвкаво на пазарните промени и да максимизират ползите.
Технологията за композитна модификация на PBAT/други разградими материали е описана накратко, както следва: Полимлечната киселина (PLA) има отлични механични свойства и добри разградими свойства. С оглед на недостатъците на лошите механични свойства на PBAT материалите, PLA и PBAT се смесват и модифицират, за да подобрят якостта и модула на еластичност, докато PBAT/PLA композитните материали поддържат добри разградими свойства. Разградим композитен материал от PBAT и стереокомпозитна полимлечна киселина (sc-PLA) беше получен чрез смесване на стопилка. След като PBAT и sc-PLA се смесят, в сместа се образува мрежеста структура на проникване от сферични пълнители, показваща по-високо напрежение на провлачване и модул. За да се подобрят допълнително механичните свойства на PBAT/PLA композитите, е необходимо да се подобри съвместимостта на PBAT и PLA.
Биоразградимите опаковъчни торбички, направени от PLA+PBAT, могат да бъдат разградени до вода и въглероден диоксид при определени условия, без замърсяване на околната среда.