國家中長期科技發展綱要中,具有環保和健康功能的綠色材料是一個非常重要的發展領域。根據這一主旨,“十一五”國家科技支撐計劃重點項目將“全生物分解塑料的產業化關鍵技術”作為製造業領域的優先主題而設立。從牽頭組織此項目科研工作的中科院長春應用化學所了解到,目前有關生物分解塑料項目正在進行課題篩選和審批,即將展開攻關。
生物分解塑料是在堆肥條件下可完全降解的新型環保材料。在國家科技支撐計劃重點項目中,將選擇以不同耐溫性能的二氧化碳基塑料、聚乳酸、聚羥基丁酸酯等三類典型生物分解塑料的連續工業化生產的共性關鍵技術進行研究開發,建立工業化示範生產線,並形成工業化生產線的成套工藝包,推動建立相關的國家標準,加速生物分解塑料製品的規模化應用。將二氧化碳固定為全降解塑料.
我國是僅次於美國的二氧化碳排放大國,但由於目前經濟高速發展依然十分依賴化石燃料,減少二氧化碳的排放是相對困難的。因此如何高效利用二氧化碳已經成為世界範圍日益受到重視的問題,將二氧化碳固定為全降解塑料是一條公認的有效途徑。但是,該技術因成本高,加工性、力學及熱學性能有待進一步改善等原因,目前世界範圍內都沒有實現大規模產業化。
國家科技支撐計劃提出,將研製出二氧化碳與環氧化物共聚合的高效催化體係,解決本體共聚合和後處理過程的傳質和傳熱問題以及樹脂的實時改性問題,突破二氧化碳樹脂的工業化連續生產的關鍵技術。
課題將主要研究二氧化碳基塑料的催化活性的保持、連續共聚合工藝、聚合物的後處理方法等工程化技術,解決二氧化碳共聚物工業化大規模合成所麵臨的傳質、傳熱的關鍵技術問題;針對二氧化碳一環氧丙烷塑料使用溫度狹窄的弱點,引入功能化環氧化物第三單體進行化學共聚改性,拓展其使用溫度區間;在2010年前建立l萬噸二氧化碳基塑料生產線並達產銷售,並形成5萬噸生產線的工藝包。
用“玉米塑料”解決白色汙染
在化石資源門益枯竭的今天,生物資源的開發和應用被廣泛關注,也帶動了生物質產業的蓬勃發展。這個新興產業就是利用農作物等可再生或循環的有機物質為原料,通過生物化工方法生產燃料、能源以及生物質材料。號稱“玉米塑料”的聚乳酸,如今已被認為是替代傳統化工塑料、終結白色汙染的熱門材料。
實際上,聚乳酸的原料不僅僅是玉米,很多種作物都可以提取乳酸。因此,把聚乳酸稱為生物質塑料更為恰當。
國家重大科技項目要求,研製出用於製備聚L-乳酸的催化體係和聚合方法,解決聚合過程中的結構控製問題,解決聚合和後處理過程的傳質和傳熱問題,建立連續本體聚合的生產線,完善一步法合成聚乳酸的新工藝,提出改善聚乳酸熱力學性能的實時改性方法。
課題方向包括研究高效低聚乳酸脫水縮聚和裂解催化劑、L-丙交酯的精製提純工藝;研究工業化可行的低成本高純L-丙交酯的反應條件和工藝條件;研究在技術和經濟上切實可行的聚合工藝;開發高純乳酸單體的低成本製備技術,研究乳酸的純度和聚合條件對合成聚乳酸的相對分手質量及其分布的影響;研究一步法合成聚乳酸的關鍵技術問題;研究聚乳酸的成型加工技術,形成具有自主知識產權的聚乳酸加工和製品的關鍵技術;建立1萬噸聚乳酸生產線,形成5萬噸聚乳酸生產線的工藝包。
由微生物製取高性能塑料
植物糖,如葡萄糖、澱粉等經過細菌發酵,細菌細胞內逐步積累聚合物,收集這些細胞即可得到聚合物產品。通過這種微生物發酵技術即可得到聚羥基烷酸酯。這種全生物可降解塑料具有優良的加工性能和生物相容性,可用於開發高強度纖維、熱敏膠、水乳膠、組織工程材料等高附加值產品,可廣泛應用於汽車製造、生物醫藥以及電子等領域。過去,該材料因價格過高而難以得到廣泛應用。
國家科技支撐計劃為此提出,通過解決高戊酸酯、聚羥基戊酸酯的規模化生產問題,建立連續化的生產線,並實現實時增韌改性,滿足醫用和食品包裝阻隔材料的要求,計劃要求研究提高發酵效率,降低發酵成本,以確定工業化高效生產工藝,研究如何采用適合於大規模工業化生產的固液分離設備高效分離聚合物,形成1500噸聚羥基丁酸酯的生產線和萬噸級工藝包。
此外,該項國家科技支撐計劃還提出,要突破萬噸級魔芋葡苷聚糖生產和應用關鍵技術,建立可控降解魔芋葡甘聚糖地膜生產線和可控降解魔芋葡甘聚糖發泡材料生產線,形成具有自主知識產權的關鍵技術。
作為量大麵廣的環保型基礎原材料,生物分解塑料被科技部列入“十一五”國家科技支撐計劃重點項目,標誌著將汙染物減排、石油替代這兩大國際熱門研究領域融入傳統塑料製造業已成為國家科技戰略的一大方向。有關項目的研究一旦取得突破,必將使我國塑料工業及相關產業的發展邁上一個新台階。
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