二氧化碳基塑料
時間:2005-05-30
二氧化碳被認為是最主要的溫室氣體，根據美國國家氣象局的數據，空氣中二氧化碳含量每5年提高1.36%，按此速度到2030年大氣中二氧化碳含量將翻一番，致使地球平均溫度升高1.5-4.5攝氏度。全球氣溫升高會給生態環境帶來嚴重破壞，導致全球性氣候異常，引發頻繁的自然災害。因此，世界各國均投入大量人力物力進行治理，同時限制企業排放。
但是，由于二氧化碳共聚物具有全生物分解性能，利用相關科學技術，卻能讓二氧化碳變廢為寶，3月下旬，記者采訪了863新材料領域特種功能材料技術專題專家、中科院知識創新工程方向性項目“二氧化碳的固定和利用”的首席科學家——王獻紅研究院。
二氧化碳共聚物具有全生物分解性能，利用它解決“白色污染”問題受到各國的關注。
我國每年塑料的總消費量已經達到了1500萬噸，其中僅每年產生的食品包裝、藥品包裝、一次性醫療制品等超過200萬噸，且這些塑料包裝絕大部分都不具備生物降解性能。由此產生了嚴重的食品和醫療垃圾問題，這類“白色污染”已經引起了全世界的高度關注。
王獻紅研究員告訴記者：“二氧化碳共聚物具有全生物分解性能，利用它解決“白色污染”問題受到全國的關注。”他說，二氧化碳的固定和利用的重點是如何使惰性二氧化碳活化，從而作為碳或碳氧資源加以利用，這是科學界和產業界夢寐以求的目標。在特殊催化體系下，二氧化碳可與其他化學原料發生許多化學反應，從而可固定為高分子材料等。其關鍵在于選擇合適的目標產品、制備方式和催化體系，這將直接決定產品的性能、成本及其終端市場。
世界上第一條年產3000噸并具有我國自主知識產權的二氧化碳共聚物生產線建成。
在國家科技部863項目（2001AA322090）、吉林省科技廳“十五”重點項目、中科院創新方向性項目的支持下，中科院長春應化所與內蒙古蒙西高新技術集團公司合作，于2001年開始二氧化碳的固定機器利用的工業化研發。經過3年的艱苦努力，成功研制出具有我國自主知識產權、可供工業化應用的稀土三元催化劑，基本解決了二氧化碳氣體的快速、高效活化，實現了噸級合成烷基鋅和稀土配合物的低成本技術，解決了二氧化碳與環氧化物本體共聚合中的傳質、傳熱、分離難題，實現了二氧化碳聚合物加工過程的熱穩定性。
2004年3月，利用這一先進技術，世界上第一條年產3000噸并具有我國自主知識產權的二氧化碳共聚物生產線建成。該生產線利用二氧化碳這一廉價資源生產出的二氧化碳基塑料，具有良好的阻氣性、透明性和全生物降解性等優點，已被應用于醫藥和食品包裝、一次性餐具等方面。
有關專家在對國家863計劃“二氧化碳共聚物的工業化合成和在醫用材料上的應用”課題驗收后認為：通過建立3000噸二氧化碳共聚物生產線，不僅確立了課題組在二氧化碳固定為塑料中的國際領先地位，還使全生物分解塑料家族中增添了一個全新的品種；生產成本比目前萬噸級生產的聚乳酸（一種由玉米淀粉發酵制備的全生物分解塑料，美國Cargil公司已經建立14萬噸的生產聚乳酸的生產線）低30-50%，是當今人工合成的全生物分解塑料中成本最低的品種，而且生物降解性能、透明性、氧氣阻隔性能等與聚乳酸相當，具有很強的市場競爭力。該成果對我國乃至世界上的全生物分解塑料行業的影響將是深遠的。
我國生產的二氧化碳共聚物產品在上海市進行了垃圾堆肥實驗，完全降解時間在1-3個月。
在此基礎上，山東威海賽綠特科技發展有限責任公司建立了醫用二氧化碳塑料加工平臺，浙江寧波天安生物股份公司建立了二氧化碳聚合物全生物降解材料用于一次性餐具、食品包裝等方面的加工品臺。
目前，這條生產線已經將噸級產品銷售給了威海賽綠特、寧波天安生物等4家國內用戶，已經100公斤級銷售給了美國3M公司和日本國際興業等2家國外用戶。
據介紹，目前，除了內蒙古蒙西高新技術集團公司之外，中海油總公司、中油吉林石油集團公司等也計劃建立萬噸級生產線。至今，熱切希望建立二氧化碳聚合物生產線的單位超過了120家，這表明該技術的影響是十分巨大的。專家預計在2005-2006年，將形成2條萬噸級生產線，產值在3-4億元，利稅0.5-1億元；從而在我國形成具有世界影響和地位的全生物分解塑料產業。
有關專家介紹，我國生產的二氧化碳共聚物產品與聚羥基丁酸脂（另外一種從玉米淀粉中合成的全生物分解塑料）已在上海市進行了垃圾堆肥實驗，薄膜在強制堆肥條件下破碎時間在24-27小時之間，完全間接時間在1-3個月。通過改變共聚單位和調控共聚物的分子量，針對不同的使用環境，降解時間在半年到5年內可控。經過增強和塑料的二氧化碳基塑料制品可在-10攝氏度-1000攝氏度之間使用。經國家食品藥品監督管理局濟南醫療器械質量監督檢驗中心檢測，二氧化碳共聚物醫用材料的溶血、皮膚致敏、皮內刺激、急性全身毒性、重金屬、易氧化物，不揮發物等指標，均符合醫用材料要求。
共獲權美國專利3項，申請并公開日本專利1項，獲權中國發明專利3項。
王獻紅研究員告訴記者：863項目“二氧化碳共聚物的工業化合成和在醫用材料上的應用研究”在稀土三元催化劑、本體共聚合技術、加工和應用技術等方面共獲權美國專利3項，申請并公開日本專利1項，獲全中國發明專利3項，申請中國發明專利12項，在二氧化碳共聚物的合成、加工、醫學應用等各個方面形成了比較系統的知識產權體系，取得了大量具有自主知識產權的成果。
該項目的關鍵技術之一是稀土三元催化劑的設計與合成，解決了具有自主知識產權的稀土三元催化劑的設計及其優化問題，建立了噸級合成烷基鋅和稀土配合物的生產裝置，為本體聚合提供了不含任何溶劑的高效催化劑。
該項目的關鍵技術之二是突破了二氧化碳與環氧化物的本體共聚合及后處理難題，解決了本體共聚的傳質和傳熱等關鍵問題，突破了后處理工藝的頸瓶，使整個聚合和后處理過程處于全封閉狀態，建立了一條清潔的聚合和后處理生產線。這是當今世界上投入運行的規模最大的二氧化碳共聚物生產線，具有完全的自主知識產權。
該項目的關鍵技術之三是基本解決了二氧化碳共聚物的熔體加工問題。通過現場熔體封端抑制了聚合物的解拉鏈式降解，通過對封端聚合物的熔體流變學研究，確立了其熔體加工的條件參數，解決了擠出造粒、壓延、三層共擠等面臨的關鍵技術問題，成功地實現了與其它全降解塑料的熔體共混，噸級規模制備了高性能、全生物分解的材料。從成本及其性能上初步確立了在食品包裝和醫用材料領域應用的可行性。
