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清华大学郭宝华:中国限塑的现状与未来发展

2021-03-16

 

 

生物降解材料研究院报道,3月11日,由广东省塑协、广东省塑协降解塑料专委会、生物降解材料研究院主办,金发科技、蓝山屯河、金晖兆隆、安瑞检测、珠海麦得发协办、广州找塑料网络科技有限公司承办的2021中国生物降解材料论坛在广东佛山召开

 

清华大学化学工程系高分子研究所所长郭宝华教授在论坛上作了题为《中国限塑的现状与未来发展》主题报告。

 

郭宝华教授说,我国是塑料生产和消费大国。“材料没有原罪,产生污染主要是人们不恰当的生活方式和对于短期利益的过度追求导致的。而随着《意见》出台,塑料的替代品生物降解材料也成了市场关注的热点。”

 

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1、高分子至今有101年历史

 

高分子的历史不长,自1920年Staudinger的“论聚合”发表,到今年高分子有101年历史。同时,在1932年,他在法兰克福的胶体会议上,他舌战群儒设立了高分子学说。随后高分子发展异常迅速,1950年全球塑料产量150万吨,目前产量超过3.5亿吨。

 

另外两位科学家K·Ziegier,G·Natta,他们开发了神奇的催化剂和简单的聚合技术,使聚乙烯有非常高的使用效能和稳定性,应用范围扩大,价格低廉。但人们在使用完之后随意丢弃,造成比较严重的环境污染,例如,这次新冠疫情的口罩污染等。

 

2、废塑料污染严重威胁环境

 

另外一方面,石油资源的日益枯竭,以及二氧化碳减排的需要,我们需要进行的塑料污染治理。若不加以限制和禁止,废高分子产生的速度将逐年增加,目前生产的大多数塑料在自然环境中需要100年以上才能降解。

 

1950年以来,人类生产83亿吨塑料,其中63亿吨成为废塑料,仅9%被回收,12%被焚烧,其余79%(近50亿吨)被填埋或散落在环境中。

 

全球每年约有800万吨塑料垃圾以各种形式流入海洋,如果不处理,到2050年海洋中塑料垃圾将比鱼类还多。

 

我国每天使用的塑料购物袋超过30亿个,快递包装、外卖餐盒等年消耗塑料约120万吨,加上其他包装材料,一次性塑料每年消耗1000多万吨。

 

我国目前不可降解地膜使用面积超过3亿亩,用量每年140万吨,土壤中残膜积累越来越多,导致一系列问题。在新疆地区平均每亩残留聚乙烯地膜21KG,最高达每亩76KG,已经严重威胁到农业生产!

 

 

3、如何缓解和解决塑料白色污染问题?

 

材料没有原罪,产生污染主要是人们不恰当的生活方式和对于短期利益过度追求导致的。

 

土壤里的废弃塑料不会自己钻进去,珠峰上发现的塑料也不是自己产生的,所以都是人们生活方式和使用方法导致的,我们需要相应的法律法规的引导和规范约束人们按要求处理废弃物,同时需要发展绿色材料及替代制品,替代一次性不可降解和不易回收制品,以支撑相关的政策执行。

 

如果人们养成健康环保的生活方式,再加上强有力的技术支撑,最终塑料的零污染是可以实现的。本文由生物降解材料研究院整理,转载请注明出处。

 

4、全球多个国家、地区出台政策法规

 

从1999年韩国开始实施购物袋收费,塑料袋的使用减少80%,包括孟加拉、中国台湾、南非、卢旺达、爱尔兰……意大利、欧盟、美国等发达国家、发展中国家、地区都相继出台了限塑、禁塑措施。

 

 

中国限塑、禁塑

 

2014年2月——颁布《吉林省禁止销售和使用一次性不可降解塑料袋、塑料餐具规定》,自2015年1月1日起实施。

2020年1月——国家发改委、生态环境部正式发布《关于进一步加强塑料污染治理意见》 (新版限塑令)

2020年4月——国家发改委《禁止、限制生产、销售和使用的塑料制品目录(征求意见稿)》

2020年7月——国家发改委9部联合发布《关于扎实推进塑料污染治理工作的通知》,确保如期完成2020年底的阶段性目标。发布《相关塑料制品禁限管理细化标准(2020年版)》

2020年9月——国家发改委等10部门召开全国塑料污染治理工作电视、电话会议,对塑料污染治理工作进行再动员、再部署、再落实,商务部等多部委落实责任,分别出台相关细则。

2020年9月22日——2020年9月22日 国家主席习近平在七十五界联合国大会一般性辩论上,提到要努力争取2060年前实现碳中和。

2020年10月——《商务领域一次性塑料制品使用、回收报告办法(试行)(征求意见稿)》发布生态环境部推动《废塑料回收技术规范》国家标准正式发布。

 

各省市、地区的限塑

 

我国除了台湾省、香港特别行政区、澳门特别行政区外,其他省、自治区、直辖市都先后出台了自己的限塑、禁塑政策。这些政策都集中在2020年底,禁止销售厚度小于0.025毫米的超薄塑料购物袋、厚度小于0.01毫米的农用地膜以及相关的一次性发泡餐具、一次性塑料棉签等。随后还有2022年底,2025年底分阶段的任务。资料收藏:中央、各省市禁塑政策出台时间表

 

关于进一步加强塑料污染治理的意见

 

海南省首先出台了禁止生产销售使用一次性不可降解塑料制品名录(第一批)(负面清单),四川省也出台了和海南省相近的措施。

 

明确提出含有聚乙烯PE、聚丙烯PP、聚苯乙烯PS、聚氯乙烯PVC、乙烯醋酸乙烯共聚物EVA、聚对苯二甲醇酯PET等非生物降解高分子材料的一次性膜、袋类。为了进一步管理,海南还组建了禁止生产销售使用一次性不可降解塑料制品工作专家库。

 

2021年1月28日,国管局、住建部办公厅、发改委办公厅发布《关于做好公共机构生活垃圾分类近期重点工作的通知》,公共机构停止使用不可降解一次性塑料制品名录,传统聚烯烃材料的一次性塑料制品是在被禁止之列,信号很明确,禁塑从政府机关做起!

 

 

5、塑料是当今社会重要基础材料

 

限塑限的是一次性不可降解塑料制品,钢铁、木材、水泥和高分子是当今社会四大基础材料,塑料的大量使用,最主要的废弃产生是薄膜类的产品和部分泡沫塑料等等。

 

我们国家的塑料产品占全球的30%,所以我们废弃塑料的产生量也是巨大的,但是人类不能离开塑料,比如说衣服,合成纤维材料每年5900万吨,棉花才500万吨,可以这样说,合成纤维支撑了服装产业链。

 

此外,化肥、农药、地膜也支撑了我国粮食生产,食品防腐保鲜高分子材料包装也担当了重任。

 

我们的居住环境从涂料到电线电缆都离不开高分子材料。汽车轻量化、航空航天高分子材料也在承担着重任。新冠肺炎防护用品也要用到高分子材料,例如口罩、防护服、护目镜、手套、脚套、呼吸机、人工肺等。

 

所以,高分子材料必然在国民经济的重要领域发挥着作用。

 

 

 

6、典型的生物降解塑料

 

但是不可降解塑料也造成了环境污染,所以人们开发可降解塑料做为一次性制品的补充,例如纤维素、淀粉、甲壳素、PLa、PBSA、PHB、PHBV等。

 

 

竹木及纤维素基复合材料

 

为了限塑,纸浆模塑和竹制品也在这个领域里承担任务。

 

淀粉基塑料

 

人类一直都研究淀粉基塑料。有人会问,用淀粉来做塑料,那么我们人类吃什么?我们用数据说话。

 

全球玉米年产10亿吨,其中80%用于饲料和燃料,做成燃料乙醇50%左右,饲料30%左右,用于人类粮食仅10%约1亿吨。另外,木薯淀粉3亿吨。

淀粉用于粘合剂40万吨,用于造纸100万吨,用于生物降解塑料玉米淀粉总量约19~22万吨,中国占比55~60%。

 

我国陈化玉米、陈化水稻、霉变小麦,每年约有2000万吨此类问题粮食需要处置,占粮食总量的3%。

所以淀粉用在塑料上对粮食安全不构成大的威胁。

 

 

 

壳聚糖

 

甲壳素目前主要应用在生物医药领域,在大宗化制品应用里有待进一步开发。

 

 

7、可降解合成高分子的发展历程

 

 

对于不可降解高分子材料造成的环境污染,人们早已经意识到它的危害,上个世纪80年代,大家就开始做光降解塑料,最后发现埋在土里的不行。

 

所以大家开始做光-生物降解塑料,光-生物降解虽然看不到,但是聚乙烯的大分子结构并没有遭到破坏。

 

后来又开始有做氧化降解,但是这些又不能完全降解成小分子,造成微塑料污染问题。

 

因此人们又把目光瞄准到生物降解材料,从天然的高分子到生物合成高分子到生物化学共同合成的高分子,在解决塑料污染问题的同时也解决了微塑料的污染问题。

 

现在的微塑料污染50%以上,还是纤维再加上轮胎的磨损。现在我们大宗塑料的微化,还没有到严重程度,等到几十年到100年以后,大宗塑料的微化可能带来不可预计的危害。

 

 

 

8、生物降解塑料

 

生物合成型——PHA生物合成的多样性

聚乳酸——PLA

 

现在塑料的明星产品聚乳酸,是从玉米来,之后可能从秸秆中来。PLA有良好的的力学性能,和可以与PP相比的良好性能以及应用领域。由于它低的结晶度和结晶速率慢导致耐热低,所以需要高结晶化和立构复合,以是解决它耐热性问题。

 

我们国家在这个领域,从最早的海正到现在安徽丰原、吉林中粮、长江化纤、同杰良、金发科技、金丹乳酸等等都在生产PLA,我们期待产能尽快释放,来支撑国家限塑政策的实施。

PLA具有高的强度,它能用于注塑制品,同时它的纤维具有良好的阻燃、抑菌性能,可以用到医用口罩和服装领域。

 

二元酸二元醇聚合物——PBS

 

PBS因为可选择的范围太多太广了,所以对于这样一个可降解材料不同的一个性能和功能要求,我们寄希望于二元酸二元醇分子链结构的控制等来实现,满足我们对材料的性能,力学性能、降解性能和组合性能等多方面的要求。包括PBS的领域,它类似于聚丙烯的性能。

 

不同对苯二甲酸含量PBAT的合成和性能研究

 

PBAT,它类似于LDPE的性能。生产方式主要有:共酯化流程、分步酯化流程、串联酯化流程。我们国内做的比较多的是共酯化流程。

 

三种生产工艺,当酯化程度控制较好时,对于产物的热性能等影响不大,如果出现控制不利的情况,将对产物的序列结构及其分布造成影响,导致熔点增加等表观性能变化。串联酯化酯化时间比另外两种工艺路线长。

 

PBAT主要用于膜袋领域,尤其是限塑令以来,主要禁止聚乙烯领域,导致PBAT严重供不应求,国内也有不少产能,蓝山屯河、金发、金晖兆隆等都有生产,同时中石油、中石化也在努力进入这个领域,有的企业通过别的聚合物装置转成PBAT装置。国际上巴斯夫等的企业也在扩大产能。
 

据不完全统计,国内公布生产PBAT企业约40家,到2023年报道产能将达370万吨,无投产日期的还有超过300万吨,只能支撑我们国家现在的禁塑,但是我们有这么大的市场吗?原有市场可能因为减量而萎缩,所以在一些新兴领域,尤其包装、卫生制品领域里面,我们还要开发新的市场。

 

目前,PBAT价格的上升,更主要的因素还是上游BDO原料供应紧张。

 

二氧化碳共聚物的合成(PPC)

 

对于能源问题,以前我们开采石油和煤矿资源,今后二氧化碳将成为重要的碳源。现在二氧化碳共聚物PPC,也获得了一些很好的应用,因为它有良好的阻隔性。

 

河南天冠、浙江邦丰、中科金龙、南通华盛、博大东方等,都在PPC领域做着工作,今后结晶性良好、玻璃化转化温度高的PPC,将有力地改善二氧化碳共聚物性能,以及提升在可降解领域里面的应用。

 

PPC最突出的特点是阻隔性,可降解材料想用到包装领域里面,像PBAT、PLA里面缺乏的就是阻隔性。所以不同的材料之间的复合,可为可降解材料的发展提供重要的机遇。所以PPC可以做阻隔的包装,地膜等,降解性能特别好。

 

聚对二氧环己酮(PDO)

 

实际上资源本身就构成浪费,如果可以生物降解,又可以完全回收,这就达到一个很理想的条件,所以我们可以看到PDO就是这样一种,既可生物降解,又可完全单体回收的物质。

 

聚己内酯(PCL)

 

PCL主要用于生物医药领域,用在大宗化制品比较少,制约因素是它的溶解性,60℃以上它的使用会受到严格的限制,但是我们通常的使用都要求耐温到90℃以上。所以PCL与其他材料的复合也是一个很重要的方面,PCL是一个特别好的相容剂,可以把很多的聚酯之间,提高他们的相容性。

 

聚乙醇酸(PGA)

 

内蒙古浦景化工通过煤化工路线制备低成本的PGA,PGA的应用研究大多集中在生物医学领域,大规模工业化应用在页岩气、页岩油开采的压裂球,对于作为通用塑料的应用需要进一步研究。重点解决高分子量PGA制备及控制降解速率。本文由生物降解材料研究院整理,转载请注明出处。

 

 

9、生物降解塑料的性能与应用

 

10、生物降解性能测试评价体系及应用

 

11、中国生物降解塑料当前及潜在应用需求

 

聚乙烯袋对于纸袋子有更好的环境协调性(如果能够能量回收)

废塑料回收与高值化利用技术

 

 

郭宝华认为,缓解和解决白色污染的主要措施包括减量、重复利用、替代和研究新产品,寻找更经济合理的解决方案。
 
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