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可生物降解的聚合物PBAT正在大放异彩

2021年11月24日 星期三 来源:PUWORLD独家发布 我来说两句 保存为书签

环球聚氨酯网讯:完美的聚合物--平衡物理特性和环境性能的聚合物--并不存在,但聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)比许多聚合物更接近完美。

几十年来,合成聚合物的生产商一直未能阻止他们的产品最终进入垃圾填埋场和海洋,而他们现在正面临着承担责任的压力。许多人正在加倍努力促进回收,以避免被批评。其他公司正试图通过投资可生物降解的生物基塑料,如聚乳酸(PLA)和聚羟基烷烃(PHA)来解决废物问题,希望自然降解至少能减轻一些废物。

但回收和生物聚合物都面临着障碍。例如,尽管经过多年的努力,美国的塑料回收率仍然不到10%。而生物基聚合物--通常是发酵的产物--要达到与它们要取代的成熟的合成聚合物相同的性能和生产规模,是很困难的。

PBAT结合了合成聚合物和生物基聚合物的一些有益属性。它来自常见的石化产品--精对苯二甲酸(PTA)、丁二醇和己二酸,但它是可生物降解的。作为一种合成聚合物,它可以很容易地大规模生产,而且它具有制造柔性薄膜所需的物理特性,可以与传统塑料的薄膜相媲美。

人们对PBAT的兴趣正在上升。像德国的巴斯夫和意大利的Novamont这样的老牌生产商,在经过几十年的市场培育之后,看到了需求增加。超过半数的亚洲生产商也加入了他们的行列,随着地区政府对可持续发展的推动,他们预计这种聚合物的生意会很红火。

Marc Verbruggen是PLA制造商NatureWorks公司的前首席执行官,现在是一名独立顾问,他认为PBAT是 “制造生物塑料产品的最便宜和最容易的方法”,他认为PBAT正在成为卓越的柔性生物塑料,领先于聚丁二酸丁二醇酯(PBS)和PHA等竞争者。而且它可能会成为整体上最重要的两种生物降解塑料之一,与PLA并驾齐驱,他说PLA正成为刚性应用的主要产品。

密歇根州立大学化学工程教授Ramani Narayan说,PBAT的主要卖点--它的生物降解性--来自于酯连接,而不是像聚乙烯等不可降解的聚合物那样的碳-碳键。酯键容易受到水解和酶的影响。

例如,聚乳酸和PHA是聚酯,当它们的酯连接被破坏时就会降解。但最常见的聚酯-聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET),用于纤维和矿泉水瓶-不那么容易分解。这是因为其主干中的芳香环来自于PTA。据Narayan说,这些环赋予了结构特性,也使PET具有疏水性。他说:“水不容易进入,它减慢了整个水解过程。”

一些巧妙的化学反应使科学家在20世纪90年代发明了PBAT,作为脂肪族和芳香族聚酯之间的桥梁。

巴斯夫生产聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT),这是一种用丁二醇制成的聚酯。该公司的研究人员正在寻找一种他们可以轻易生产的可生物降解的聚合物。他们用脂肪族二元酸代替了PBT中的一些PTA。通过这种方式分离聚合物的芳香族部分,使其可被生物降解。同时,还留下了足够的PTA,使该聚合物具有值得信赖的物理特性。

Narayan认为PBAT的生物降解性比PLA好一点,PLA需要工业堆肥才能分解。但它还不能与市售的PHA相提并论,后者在环境条件下,甚至在海洋环境中都可以进行生物降解。

专家们最常将PBAT的物理特性与低密度聚乙烯进行比较,后者是一种用于制造薄膜的弹性聚合物,如垃圾袋。

PBAT经常与聚乳酸混合,聚乳酸是一种具有刚性的、类似聚苯乙烯特性的聚合物,可提供硬度。巴斯夫的Ecovio品牌就是基于这种混合物。例如,Verbruggen说,可堆肥购物袋通常是85%的PBAT和15%的PLA。

Novamont公司为配方增加了另一个层面。该公司将PBAT以及其他可生物降解的脂肪族芳香族聚酯与淀粉混合,为特定应用创造树脂。

该公司的新业务发展经理Stefano Facco说:“在过去的30年里,Novamont一直致力于解决那些可降解性为产品本身增加价值的应用。

PBAT的一个大市场是地膜,地膜铺在农作物周围以防止杂草并帮助保持水分。当使用聚乙烯薄膜时,它们必须被拉起来,并经常被填埋。但是,可生物降解的薄膜可以直接耕种到土壤中。

另一个大市场是可堆肥垃圾袋,用于餐饮服务和家庭收集食物和庭院垃圾。Novamont最近收购的BioBag等公司的袋子已经在零售商处销售多年。

"巴斯夫生物聚合物全球业务发展团队负责人Joerg Auffermann说:“可堆肥塑料的主要生态效益来自于其使用寿命,因为这些产品有助于将食物垃圾从垃圾填埋场或焚烧场转移到有机物回收。

多年来,可生物降解聚酯行业已经进入了薄膜以外的应用。例如,2013年,瑞士咖啡公司推出了用巴斯夫的Ecovio树脂制成的咖啡胶囊。

Novamont材料的一个新兴市场是可生物降解餐具,它可以和其他有机物一起被堆肥。Facco说,这种餐具在欧洲等已经通过限制使用一次性塑料的法规的地方已经开始起步。

由于预计会有更多的环境驱动型增长,新的亚洲PBAT参与者正在进入市场。在韩国,LG化学正在建设一个年产5万吨的PBAT工厂,将于2024年开业,作为瑞山市22亿美元可持续性投资计划的一部分。SK Geo Centric(前称SK全球化学)和Kolon Industries正在首尔合作建设一个5万吨的PBAT工厂。Kolon Industries是一家尼龙和聚酯制造商,它提供生产技术,而SK则提供原材料。

中国市场的PBAT的热度是最大的。中国化学品经销商OKCHEM预测,中国的PBAT产量将从2020年的15万吨上升到2022年的约40万吨。

中国一些企业都在加大对于PBAT的投资力度。恒力石化年产45万吨生物可降解新材料项目,总投资18亿元,位于恒力(大连长兴岛)产业园内,采用自主研发的工艺技术及配方,依托产业园原料及配套优势,主要建设15万吨/年PBS类生物降解塑料与30万吨/年PBAT生物降解塑料两大项目。

Verbruggen认为投资的动力有很多。首先,所有种类的生物聚合物最近都经历了需求的上升。供应紧张,因此PBAT和PLA的价格很高。

此外,Verbruggen说,中国政府一直在推动中国在生物塑料方面的 "大发展"。今年早些时候,中国政府通过了一项法律,禁止使用不可降解的购物袋、吸管和餐具。

Verbruggen说,PBAT市场对中国的化学品制造商具有吸引力。这项技术并不复杂,特别是对于在聚酯方面有经验的公司来说。

相比之下,聚乳酸则是资本密集型的。在制造这种聚合物之前,公司需要从充足的糖源中发酵乳酸。Verbruggen指出,中国有一个 "糖赤字",需要进口碳水化合物。"中国不一定是建立大量产能的有利之地,"他说。

现有的多溴联苯醚制造商一直在跟上亚洲新玩家的步伐。2018年,Novamont公司完成了一个项目,将意大利Patrica的一家PET工厂改造,生产可降解聚酯。该项目使其可生物降解聚酯的产量翻了一番,达到每年10万吨。

而在2016年,Novamont开设了一家工厂,使用Genomatica公司开发的发酵技术,从糖中制造丁二醇。这座年产量3万吨的工厂位于意大利,是世界上唯一的同类工厂。

据Facco称,新的亚洲PBAT制造商可能会生产数量有限的商品聚合物等级,用于大规模应用。“这并不复杂。”他说。相比之下,Novamont公司将保持其服务于专业市场的战略。他说:“这是我们有一定知识和对市场有一定好处的地方。”

巴斯夫正在对亚洲的PBAT建设趋势做出反应,参与到中国一个新工厂的建设。该公司将其PBAT技术授权给中国公司彤程新材,该公司计划到2022年在上海建造一个产能为6万吨/年的生产工厂。

Auffermann说:“随着即将出台的新法律和法规指导生物塑料材料在包装、地膜和袋子中的应用,预计积极的市场发展将继续下去。新工厂将使巴斯夫能够 "从当地满足该地区日益增长的需求。”

换句话说,巴斯夫--它在近25年前就开始生产PBAT--现在正跟上热潮的新业务,因为这种聚合物正在成为一种主流材料。

 
 
 

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