Экологически чистые пластмассы

Экологически чистые пластмассы: инновационные материалы для устойчивого развития

Экологически чистые пластики — это новый тип материала, разработанный на основе традиционных пластиков, призванный снизить негативное воздействие на окружающую среду и обеспечить переработку ресурсов. Они стали важным решением проблемы загрязнения окружающей среды (дддхххбелый загрязнение) за счёт совершенствования материалов, производственных процессов и систем переработки для снижения риска загрязнения при сохранении практичности пластика.

1. Классификация и характеристики экологически чистых пластиков

Экологически чистые пластики можно разделить на три категории в зависимости от их экологических характеристик: биоразлагаемые пластики, переработанные пластики и биопластики, каждая из которых обладает уникальными свойствами и сферами применения.

разлагаемый пластик

Разлагаемые пластмассы могут разлагаться микроорганизмами на углекислый газ, воду и безвредные вещества в естественных средах, таких как почва, морская вода и условия компостирования, что позволяет избежать долгосрочного остаточного загрязнения.

Полимолочная кислота (ПЛА): производится из растительного крахмала, например, кукурузного и сахарного тростника. Обладает высокой прозрачностью и механическими свойствами, аналогичными традиционным пластикам. Подходит для производства упаковочных плёнок, одноразовой посуды и т. д., но обладает низкой термостойкостью (обычно не превышает 60 ℃).

Полибутиленадипинат/полибутилентерефталат (ПБАТ): обладает хорошей гибкостью и может снизить хрупкость при смешивании с ПЛА. Его широко используют в производстве сельскохозяйственной плёнки, мусорных мешков и т. д. Он полностью разлагается в условиях компостирования в течение 3–6 месяцев.

Полигидроксиалканоаты (ПХА): производятся путем микробной ферментации, обладают превосходной биосовместимостью, могут использоваться в медицине (например, в качестве хирургических нитей), а также могут разлагаться в морской воде, подходят для упаковки в морской среде.

переработанный пластик

Переработанные пластмассы производятся путем переработки пластиковых отходов путем очистки, дробления, плавления и придания им новой формы, что обеспечивает повторное использование ресурсов и снижение потребления сырой нефти.

Физически переработанные пластмассы: Пластиковые отходы, переработанные напрямую, с немного более низкими характеристиками, чем у первичной пластмассы, могут использоваться для производства мусорных баков, тканей из переработанных волокон и т. д.

Химически переработанные пластики: благодаря химической деполимеризации пластиков в мономеры их можно повторно полимеризовать, и они приобретут свойства, аналогичные свойствам исходного сырья. Они подходят для использования в высоко востребованных областях, таких как упаковка пищевых продуктов, а переработанные ПЭТ-бутылки широко используются для упаковки напитков.

Биопластики

Биопластики изготавливаются из возобновляемой биомассы, такой как крахмал, растительные масла и солома, что снижает зависимость от ископаемых ресурсов и частично поддается биологическому разложению.

Пластики на основе крахмала: недорогие, простые в обработке, часто смешиваются с другими материалами для изготовления упаковочных материалов, но имеют плохую водостойкость.

БиоПЭ/ПЭТ: изготавливается из этилена или терефталевой кислоты, полученных путем ферментации биомассы, обладает характеристиками, сопоставимыми с традиционными ПЭ/ПЭТ, и пригоден для вторичной переработки, что снижает выбросы углерода.

2. Процесс производства и технологические прорывы в области экологически чистых пластмасс

Производство экологически чистых пластмасс ориентировано на экологизацию и низкую карбонизацию, сокращение потребления энергии и выбросов загрязняющих веществ при получении и переработке сырья.

Инновации в области сырья

Разлагаемые пластики и биопластики могут освободиться от зависимости от сырой нефти и использовать углеродные ресурсы, накопленные в процессе фотосинтеза растений. Например, для производства полилактида (НОАК) в качестве сырья используется кукурузный крахмал, который ферментируется и преобразуется в молочную кислоту, а затем полимеризуется для получения полимерных материалов. Весь процесс сокращает выбросы углерода на 30–50% по сравнению с традиционными пластиками.

При переработке переработанных пластмасс достигается точное разделение различных типов пластмасс с помощью эффективных методов сортировки, таких как распознавание с помощью инфракрасной спектроскопии, что обеспечивает получение высококачественного сырья для последующей переработки и позволяет избежать примесей, влияющих на эксплуатационные характеристики продукта.

Оптимизация процесса

Технология ферментативного катализа широко применяется в синтезе биоразлагаемых пластиков, например, использование липазы для катализа реакции полимеризации ПБАТ, снижение температуры реакции и энергопотребления, а также минимизация использования химических катализаторов.

В процессе химической регенерации используются экологичные растворители и катализаторы, например, при деполимеризации ПЭТ с использованием технологии сверхкритической воды, которая не требует органических растворителей и обеспечивает более высокую эффективность реакции и улучшенную чистоту продукта.

3. Сценарии применения экологически чистых пластиков

Экологически чистые пластмассы проникли во многие сферы, такие как упаковка, сельское хозяйство, предметы первой необходимости и здравоохранение, постепенно вытесняя традиционные пластмассы.

Сфера упаковки: Биоразлагаемые пластиковые пакеты и коробки для еды популярны в службах доставки еды и супермаркетах; бутылки из биопластика на основе ПЭТ используются для упаковки напитков и косметики, а переработанная пластиковая пленка — для экспресс-упаковки.

В сельском хозяйстве биоразлагаемая сельскохозяйственная пленка решает проблему остатков традиционной пленки, автоматически разлагается после сбора урожая и предотвращает уплотнение почвы; мешки с удобрениями на биологической основе могут разлагаться при контакте с почвой, сокращая отходы.

Товары повседневного спроса: мусорные пакеты на основе крахмала, одноразовая посуда из НОАК, одежда из биоволокон и т. д., сочетающие практичность и экологичность.

В медицинской сфере шовные материалы, изготовленные из полигидроксиапатита, могут рассасываться в организме человека после заживления ран без необходимости повторного хирургического вмешательства для их удаления; разлагаемые носители лекарственных средств могут точно высвобождать лекарственные средства и расщеплять их естественным образом.

4. Проблемы и будущие тенденции

Несмотря на стремительное развитие экологически чистых пластмасс, они по-прежнему сталкиваются со многими проблемами:

Проблема стоимости: процесс производства биопластиков и химически переработанных пластмасс сложен и требует более высоких затрат, чем производство традиционных пластмасс, что ограничивает их широкомасштабное применение.

Ограничения производительности: некоторые биоразлагаемые пластики имеют недостатки в плане термостойкости, водостойкости и механических свойств, например, НОАК, который склонен к деформации при высоких температурах и его трудно использовать для хранения горячих напитков.

Несовершенная система переработки: смешивание биоразлагаемых пластиков с традиционными пластиками может повлиять на эффективность переработки, а потребители недостаточно разбираются в классификации различных экологически чистых видов пластика, что приводит к увеличению трудностей при переработке.

В будущем экологически чистые пластмассы будут развиваться в направлении "высокой производительности, низкой стоимости и защиты окружающей среды на протяжении всего жизненного цикла:

Компаундирование материалов: благодаря использованию методов смешивания и сополимеризации для устранения дефектов одного материала, например композита НОАК и ПБАТ, достигается как хорошая прочность, так и гибкость.

Интеллектуальная деградация: разработать экологически безопасные биоразлагаемые пластмассы, которые начинают деградировать только при определенных условиях влажности и температуры (например, в почве) и сохраняют стабильность при хранении и использовании.

Система переработки замкнутого цикла: объединение технологии блокчейн для достижения полной прослеживаемости жизненного цикла пластмасс, регистрация всего процесса от производства, потребления до переработки и регенерации, повышение эффективности и прозрачности переработки и продвижение циклической модели "производство потребление регенерация".

Разработка экологически чистых пластиков — это не только инновации в технологии материалов, но и политическая поддержка (например, постановления об ограничении использования пластика, политика субсидирования), совместные усилия предприятий и повышение осведомленности потребителей. С развитием технологий и совершенствованием производственной цепочки экологически чистые пластики станут ключевым материалом для достижения цели «двойного углеродного баланса» и устойчивого развития, способствуя переходу человеческого общества к экологичной и низкоуглеродной модели.