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生物塑料的应用与发展

来源:荣格     发布时间:2017-03-07
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由于石油和汽油价格低廉,许多公司会选择通过降低成本来提升利润,而弃用实际上更加环保的创新技术,这样的现状不利于生物基和生物可降解塑料的发展。尽管如此,生物塑料的市场需求仍在增长,投资也在继续涌入。这是因为,该材料符合企业发展的愿景,并且在可持续发展政策的背景下,具有功能多元化、论据正确性和方案优越性的特点。

为什么越来越多的公司和国家都看好生物塑料?驱动其发展的原因是什么?该材料的两个突出特性就足以回答这些问题。一方面,生物塑料的来源是可再生原材料;另一方面,生物塑料具有生物可降解能力,后者更是作为其主要特性。这两个特性彼此独立,方向不同,并且各自的代表材料相互间没有竞争性。一言以蔽之的“生物塑料”显得有些武断,且容易引起混淆。而这两个特性都具有极其重要的意义。

生物塑料

在特定的聚合物范畴里,生物基含量为30%的PET在产能和市场方面算是处于领先地位的杰出代表。Nova研究所已经公布了全球生物塑料近年间产能发展情况的专业数据,这些数据也被欧洲生物塑料协会用于其公开发表的数据中(见图1)。

图1 在2020年全球生物塑料产能估测中,生物PET的市场潜能相当大。

图1 在2020年全球生物塑料产能估测中,生物PET的市场潜能相当大。

如果能够从生物原料中生产出乙二醇(MEG),那么基本上每个生产厂商都能够制造出生物基含量为30%的PET。市场目前能供应约30万吨的生物基MEG,能够生产出约100万吨生物基含量为30%的PET。其中的一部分PET被可口可乐公司用于饮料瓶生产。实际上,可口可乐从2009年就着手于这项生产项目。从那时起,该公司制造出超过400亿个含有生物PET的饮料瓶,减少了超过30万吨的二氧化碳排放量。

图2 因其特性,诸如PLA、PTT或PET等生物 塑料制成的纤维尤其适用于功能性衣物

图2 因其特性,诸如PLA、PTT或PET等生物塑料制成的纤维尤其适用于功能性衣物

在2015年春季,可口可乐展示了第一个使用了100%对苯二甲酸(PTA)的生物塑料饮料瓶。但生产PTA对于创业公司而言还不够经济,目前他们还在测试各种综合方法。生物基PET材料易于回收且适合长期应用,满足了未来对塑料行业的高要求。目前,使用PET的用户数量和应用领域正在稳步上升,范围涵盖医药包装、汽车零件、户外纺织品等(见图2)。

聚乙烯呋喃酮(PEF)

在PET获得成功之后,聚乙烯呋喃酮(PEF)目前还在发展中,该材质由MEG和呋喃二甲酸(FDCA)制造而成,从起始链段开始就是100%生物基。位于荷兰阿姆斯特丹的Avantium科技公司是FDCA生产领域的技术领导者,位于德国路德维希港的巴斯夫欧洲公司,去年3月份宣布在比利时安特卫普新建一个FDCA的生产工厂,产能高达5万吨/年。日本东京的三井物产株式会社也与之签订了长期供应合同。

图3 关于包装选择的讨论在食品行业悬而未决, 但许多制造商现在重新看好生物塑料包装。

图3 关于包装选择的讨论在食品行业悬而未决,但许多制造商现在重新看好生物塑料包装。

与PET相比,PEF的定位是对CO2和O2 具有更强阻隔性的材质。因其具有更高的机械强度,可生产出壁厚更薄的包装,从而减少薄膜和瓶子的包装重量。基于其功能性、环保性能和成本优势,PEF被公认为生物塑料市场前途光明的一个新材料。

聚乙烯

生物聚乙烯(PE)已经进入市场发展多年。位于巴西圣保罗的Braskem公司,是目前唯一在竞争艰难的日用品领域成功将该聚合物定位为优质产品的制造商——没有赋予其新功能,其优势是碳排放更小。目前,其客户群正在增长,分销渠道在继续开发。食品制造商过去关于食品和非食品之间的包装采用,往往都会避免采用生物塑料包装,如今他们再次看到了商机(见图3)。对于制造商来说,生物基PE的产能达到 20万吨/年是重要的第一步,进一步的投资现在也在考虑之中。尽管生物PE材料也被应用于科技产品中,例如电缆外层或污水管道,但生物聚烯烃主要的用途仍然是非食品包装领域,如化妆品或消耗品的包装(见图4)。

图4 尤其是高端化妆品和卫生产品的制造商往 往会有意识地选择生物PE材料用于包装

图4 尤其是高端化妆品和卫生产品的制造商往往会有意识地选择生物PE材料用于包装

值得引起注意的是各包装巨头,如英国拉什登的RPC集团、澳大利亚霍桑的Amcor公司、芬兰赫尔辛基的Stora Enso集团以及德国杜赛道夫的Gerresheimer公司,都极其重视“生物基”,并把它作为未来发展之本。位于瑞士皮伊的Tetra Pak国际公司,计划在2016年初向市场投入约1亿个100%生物基的TetraRex包装盒,其材料来源为Braskem生产的生物PE材料(见图5)。

图5 100%生物包装纸盒的制造材料来源于木头, 饮料盒的金属箔和管口的原材料来源于甘蔗。

图5 100%生物包装纸盒的制造材料来源于木头,饮料盒的金属箔和管口的原材料来源于甘蔗。

聚酰胺

卓越的耐受性和高弹性是许多生物聚酰胺(PA)的基本特性。与已经投入市场数十年的PA10和PA11一样,新型PA4和PA5因其特殊性能,如温度稳定性、耐化学性和尺寸稳定性,也正在吸引市场关注。传统意义上的PA往往用于汽车领域的特殊应用,而生物PA也征服了消费品领域,例如户外衣物、运动鞋和眼镜框架。主要聚合物生产商,如KS/美国威奇托的Invista S.a.r.l.公司、荷兰海尔伦的DSM工程塑料公司、德国埃森的Evonik工业公司,为了进一步拓展PA单体组合的范围,正积极与各生物技术公司展开合作,如加拿大/美国门洛帕克的Calysta公司、中国上海的国泰生物科技有限公司、马来西亚雪兰莪州的Emery Oleochemicals集团以及加拿大/美国卡尔斯巴德的Verdezyne公司(见表1)。