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【科普】聚酯的发展趋势介绍

聚酯是指由多元醇和多元酸通过聚合反应得到的高分子化合物。根据组成聚酯的醇和酸的种类,聚酯大致可分为脂肪族聚酯、芳香族聚酯、脂肪族-芳香族共聚酯以及其他新型共聚酯。聚酯的合成主要分为微生物合成与化学合成两种途径。


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由聚酯原料加工而成的材料,根据材质和形态的不同,大致可分为聚酯纤维,聚酯薄膜,刚性聚酯材料。   


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伴随着聚酯工业的发展,聚酯材料需求与日俱增,大量废旧聚酯材料被燃烧、丢弃或掩埋,不仅造成了严重的环境污染,也加剧了石化、土地资源的短缺。

随着环保意识的日益增强,人们对环保型聚酯的需求逐渐迫切。大体上看,环保型聚酯表现出从“聚酯资源再利用”,到“石油基可降解聚酯”、“生物基聚酯”,再到“生物基可降解聚酯”的多层次渐进式发展趋势。


1
再生聚酯

从可持续发展、循环经济的角度出发,回收废弃聚酯加工成再生聚酯材料既符合回收利用、循环再生的环保理念,也有利于缓解资源短缺问题。

据统计,1吨废弃PET瓶可生产约0.98吨再生聚酯纤维,等同于少用了6吨石油,节约了3 m3的填埋空间


2
石油基可降解聚酯

为了解决塑料制品在自然中难以降解而产生“白色污染”的问题,发达国家在上世纪70年代提出了可降解塑料的概念。

可降解塑料在废弃后能在自然条件(光和微生物)作用下被分解成CO2H2O最终回到自然界中。目前研究较多的可降解塑料主要有光降解塑料和生物可降解塑料。

对于聚酯而言,脂肪族聚酯分子链上包含易水解的酯键, 在微生物作用下容易发生降解,属于可降解聚酯; 另外,部分石油基脂肪族-芳香族聚酯(如PBAT)也属于可降解聚酯。


3
生物基聚酯

为应对、解决石化资源短缺和环境污染问题, 研究和发展以可再生生物材料为原料的产品成为国内外科技热点以及各国重点扶持的发展战略。

与开发石油基可降解聚酯相比,生物基聚酯的优势在于,使用可再生生物质原料“直接替代”石化原料生产单体化合物,可通过常规合成工艺生产PET等聚酯材料。

以生物基PET为例,目前已占全球生物塑料产能约40%,占据主导地位。据欧洲生物塑料协会预测,2019年全球生物塑料产能将达780万吨,生物基聚酯等材料的高附加值应用真正得到了认可


4
生物基可降解聚酯

再生聚酯、生物基聚酯可以在一定程度上节约石油资源,促进循环经济的发展,但是这两种环保型聚酯在产品生命周期结束后不能降解,无法从源头上根除“白色污染”问题。

可降解聚酯在自然环境下可以最终分解成CO2H2O,但目前大部分具有应用价值的可降解聚酯来自于不可再生的石化原料,因此,人们把目光转向了生物基可降解聚酯。生物基可降解聚酯不仅满足可降解的要求,也能满足生物基来源的要求。

生物基可降解聚酯的原料为生物质,经过微生物合成或生物质基平台化合物人工合成得到。由微生物合成得到的典型可降解聚酯为PHA,它是由微生物通过生命活动合成并储存在体内的细胞内聚酯;由生物质基平台化合物通过人工合成得到的可降解聚酯,包括PLAPCLPGA等几种常见的脂肪族聚酯。

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环保型聚酯材料未来的发展将围绕降低成本、提高性能、增加环保性三个主要方面来展开。


成本方面,行业和企业需要从规模化生产、配方工艺完善等方面着手,充分利用合成生物学技术,进一步提高产率和产能,降低原料合成、制造工艺成本;


性能方面,针对不同用途设计和调控环保型聚酯材料的机械、光学、电学性能及其降解周期,是国内外研究的难点和热点,其技术瓶颈的突破将为产业发展带来新的增长点;


环保性方面,生物基聚酯材料与生物质材料(纤维素、半纤维素、木质素、甲壳素)或农林废弃物(甘蔗渣、非食用性淀粉、竹木纤维)进行复合,在降低成本的同时,还能提高农林生物质的利用率,进一步增强聚酯材料的环保属性。


总而言之,在机遇与挑战面前,聚酯研发和生产企业以及下游用户应借势调整和优化产品价值链,从普通的再生,向环保化、功能化、高端化方向迈进,进一步拓展再生食品级瓶片、高端商品包装、生物医学材料、精密器件材料等高价值应用领域, 走绿色发展道路。


文章来源:金晟楠


在环保政策的驱动下,PLA、PBAT、PHA、PCL、PBS等生物降解塑料,在一次性餐具、包装、农业、汽车、医疗、纺织等领域的应用正迎来市场发展新机遇。生物降解塑料的改性材料,以及相关助剂,如扩链接,抗水解剂,增韧剂,成核剂,抗菌剂也会有新一轮的创新。


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此外,对现有通用塑料如LDPE薄膜、PP注塑制品的替代,由于生物降解材料本身的特性,对片材,注塑,薄膜,吹塑,热成型设备有不同的要求,也会有更新换代的机会。为此艾邦建有生物降解塑料微信交流群,金发、海正生物、吉林中粮、蓝山屯河、中石化、九江科院、光华伟业,禾尔斯、科碧恩等企业已加入,欢迎加入一起交流探讨!


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