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“降解塑料”的前世今生--(2)(1).doc

2024-04-09 12:59   来源: 互联网

“降解塑料”的前世今生


从事塑料加工,或塑料商业活动的人们,有些人虽从业几年或几十年的历程,但不一定对“塑料”有了深刻的认知。早在19世纪以前,人们就已经利用沥青、松香、琥珀、虫胶等天然树脂了。自1869年至1957年期间,人类相继发明可塑性的物料,逐步形成了现在的类型齐全通用树脂(俗称4P,PE、PP、PVC、PS)基础系列,以其为原料经过加工成为塑料,人们一直惯用将树脂(原料)与塑料(产品)都称为“塑料”。主要原因:发明者称之为“可塑性”物料,简称为“塑料”,塑料一词沿用至今,成为习惯。展示了树脂(原料)可塑性的特点,以其加工有形状物品(塑料)的必然性、唯一性、排它性。当时,原料与产品统揽称为“塑料”,在科技发展和推广认知和应用上,并不无什么不妥之处,大家都习惯了“塑料” 指明就是这种物料。


塑料与钢铁、木材、水泥成为国民经济发展四大支柱材料之一,用途非常广泛,人类活动区域无处不在、无时不有的境地,“塑料”这一名词,在人们心目根深蒂固。在商业活动中,为了区分原料与产品,通常说:塑料颗粒、塑料制品用来区分而已。


随着科学发展及科技进步和产业分工,尤其出现了“生物塑料”这一新产品,它是由热塑性生物材料(生物树脂)加工而成的。树脂与塑料必须要严格区分和划分,否则,人们对事物的认知混沌、概念混乱,不利于人们的生产生活,甚至误导产业发展方向、错配社会资源,更可怕的是被一些别有用心的人,利用错误的概念和不准确的名词进行张冠李戴、偷梁换柱地谋私利(如:面粉不能称之为面包吧一样的道理),严肃地说,概念误导就是等同破坏社会经济有序发展。


长期以来,人们几乎都熟悉和了解到,以往(1992年前)合成树脂及塑料都是来自于化石资源(如:石油、天然气、煤炭)衍生物而炼化的,最终加工为塑料唯一用途。

化石树脂是单一元素物料,分子结构非常稳定,其特点:质轻、比重小于水、耐腐蚀、不腐败、对微生物不敏感、保质期长、在天候大自然环境下几百年不分解和降解、老化速度极慢、可热塑性或可热固性、与其他物料混合,可制备功能更优越(如:工程、导电、导热、通用等)的树脂,或塑料。

化石树脂,也可以通过不同的技术路线和工艺装备,改变物料分子式的结构,制备高分子功能团对酸值度更敏感新型的化石树脂(如:PBS、PBAT、PCL等),这种化石树脂具备容易降解功能,这种新型树脂不同于通用树脂(4P)可直接加工塑料,一般与其他元素物料(有机物、无机物)形成混合物,才能加工塑料,其降解速率与其他属性的物料选择及混合比例是关键。

化石树脂,按人们期望值(较短时间内,通常为一年左右)分为:不具备降解功能、具备降解功能等两种化石树脂。塑料全生命周期一般都来自于不可再生化石(石油、煤炭、天然气)资源,均是高污染和高碳排放的人工合成树脂。


化石树脂,可以与部分“物料”聚合成为新型合成树脂,具备降解功能,比较恰当地称之为:“限期化石树脂”、“限期生物树脂”。“限期化石树脂”里“物料”不含有生物材料(现代阳光的动植的物料)。


利用“限期化石树脂”加工的化石塑料。在特定环境下,具有降解功能,在不同环境里具备不同的降解速率。其降解机理:在天候大自然环境下,由于化石塑料属性在本身酸值作用下,在一段时间内,使其长分子键断裂,形成短分子键,逐渐表现为小分子,当其小分子达到一定微小量级后,能被微生物利用而消失,参加大自然碳循环,不具有积累性,对环境不坏亦不好,即是,先降解而被微生物利用。


利用热塑性生物材料(“限期生物树脂”)加工的生物塑料。生物塑料里含有年生植物果实(一般指淀粉、植物纤维素、秸秆粉、竹粉、糖类、植物油、蛋白质等)的生命有机物。其降解机理:在天候大自然环境下,有机物被微生物、或细菌蚕食后,转化为糖类、或环境友好物质,回归大自然,最终降解消失,参与大自然碳循环,不具有积累性,能改良土壤微细输送系统的作用,即是,先被微生物利用而降解。


目前,地球上只有存在碳基、硅基的两种物料。塑料也是如此,只有存在生物塑料、化石塑料。其两者分别利用生物树脂、化石树脂为原料加工而成的。两种树脂,有些类型可以混合使用,有些类型不可以混合使用。


塑料降解与降解塑料,不是同一个概念,作为一个产业发展,不应该乱套名词概念吧?否则,社会经济秩序就乱套了。

塑料降解,指塑料在一定环境下可以消失的,包括生物塑料和化石塑料;而降解塑料就不知道指的是何种物料了,降解塑料其原料是什么呢?作为一个工业产品,不知道使用什么样的原料,就能说明其功能和功效?显然不合乎常理。如果是药品的话,是否要标明主要成分呢?回答肯定的,要!


降解塑料,从逻辑上来说,产品概念模糊和混乱(如:铁刀、铜刀都可以杀猪,非要说成一种杀猪刀的功能,难道不可以杀鸡吗?为什么不分别说明其属性的铁刀?铜刀?也许别有用心的人故意在偷换概念),导致政策的决策者、从业者、消费者都无法甑别和应用。降解塑料只能局限于实验室和检验室进行生产和消费了,只有在这样场景,才能分别“降解塑料”。这样,对“塑料”产业发展及环境保护和消费都是不利的,也许是某些资本势力对塑料产业有意误导的阴谋,造成市场上出现五花八门各种类型的“降解塑料”。生产与消费本原是业态的循环和平衡,社会才能发展,科技才能进步。

据有关资料显示,全生命周期的化石塑料比生物塑料的碳排放量要高于30倍至100倍以上不等。“限期化石树脂”、“限期生物树脂”里“物料”含有生物材料,“树脂”里生物材料含量多少,决定这种“限期树脂”(塑料)产品全生命周期对社会、经济、产业、科技、环境、生态、卫生、健康、安全等贡献价值大小,生物材料含量越高,对社会经济中的第一产业、第二产业、第三产业的协同发展的贡献价值自然就大,反则亦然。使用热塑性生物材料替代化石树脂的应用,旨在减少化石资源消耗,“物料”里生物材料含量高低,应按:一级品、二级品、三级品等区别,等级越高则生物材料含量就高。如果做一个没有价值和意义的项目,又有谁愿意去奋斗和努力呢?


什么是降解?

从字义上的剖析,降,其内涵是指从高到低、从大到小、从长到短等并伴有逐渐递减的过程含意;解,其内涵指分散、解散、腐败、熔化、消失、消灭、灭亡等的结果含意;降解一词的内涵,指逐渐地消失或转化为其他物质和形态的结果;降解一词的外延,泛指地球上一切物质都可以被降解,关键是否有足够长度(从数天到亿万年)的时间,如:钢铁、木料、水泥、塑料等都会降解,远古物质形态或文明都会“降解”在历史长河中。


现时指的塑料降解:在设定的时间内和天候大自然环境下,塑料能被降解转化为环境友好物质,对动植物和自然场景是无害的;有些人以人工环境的实验室里,做塑料降解的检验检测结果,便宣杨冠以“全降解”、“可降解”、“部分降解”、“分解”、氧化降解、光降解等不定标的动词作为产品名称,如:全降解塑料、可降解塑料、崩解塑料、光降解塑料、氧化降解塑料等等,显然不够科学和不切合实际,对生产与消费无任何指导意义。再说,目前我国“十四五”城镇生活垃圾分类和处理设施发展规划中,焚烧处理生活垃圾要求占65%左右,届时,不管降解与不降解,统统都进入焚烧厂,对争论发展塑料产业的降解与不降解,均无价值和意义。

对于飘落在江海湖草地荒野等区域,难以回收和特殊用途的塑料具备有降解功能塑料,才有价值和意义。目前以固碳减碳的生物材料替代化石资源消耗,才是实实在在“塑料”产业发展方向,符合低碳经济循环和高质量发展,积极推进和实现“双碳”目标。大力发展光能、水能、风能、氢能的目的,也是在于此。

什么是塑料?

塑料一词,出于一种可塑性的物料,是以天然树脂或人工合成树脂作为原料,通过热塑性或热固性的成型工艺的设备,而加工成型的生产和生活的用品。

从前,由于塑料是由一种元素成分的物料制备,原料与其产品几乎是同一物料属性,这种原料必然成为同属性的产品,先知者将“原料”和“产品”统称为“塑料”。自从出现多种元素物料合成树脂(含碳基与硅基为一体的物料)加工塑料后,沿用“树脂”和“塑料”统称为“塑料”,那就不够客观和科学了,有偷换概念的意图,甚至扰乱和误导了决策者、生产者和消费者的认知,期望行业的权高位重者更要自律。

从前“塑料”与当前“塑料”两者之间,其内涵意义差异,有天壤之别。可以说,从前“塑料”包括原料和产品。当前“塑料”仅是用品,不包含“树脂”原料。应该说:树脂是原料,塑料是产品。

两者简单来说:

其一,形态不同,两者是原料与产品的关系。

其二,性质不同,塑料紧密从属于树脂为基础。

其三,产业属性不同,塑料属于轻工产业;树脂属于化学化工、生物化工的产业。

其四,使用者的对象不同,塑料主要是个体消费者;树脂主要是工厂或企业等;

其五,技术工艺路线不同,塑料技术工艺路线主要分为五大类(膜类、压片类、注塑类、吹塑类、发泡类),形态分为硬塑、软塑。树脂技术工艺路线主要分为化学化工合成、生物化工合成两大工业系统,产品几乎都是颗粒状态。目前,树脂种类可达千百种,有各类型树脂的具有不同功能,可满足光、电、风、水、气、热、冷、碳基动植物和硅基动物等应用领域(如:通用塑料、工程塑料、功能塑料等)的需求。

其六,产业化规模不同,塑料建设单元的产业化,年产规模起步几吨,投资几万元即可建设;树脂建设单元的产业化,年产规模起步达百千吨至千万吨,投资数百万元至数百亿元。

其七,投资主体不同,塑料一般是中小型经营主体投入;树脂一般是国家主权资本或特大型公司投入。

其八,物品标识不同,塑料一般指是用品;树脂一般指是原料。

什么是树脂?

树脂,这一名词最初是由树木分泌出的脂质而得名,赋予“树脂”名称,也许是树上脂质吧,如松香、虫胶等。直至人工合成的聚合物,也沿用“树脂”命名。早在19世纪以前,人们就已经利用沥青、松香、琥珀、虫胶等天然树脂了。

1845年,瑞士化学家塞伯坦一次在家中做实验时,偶然发现浓硝酸及浓硫酸的混合液接触,生成了硝酸纤维素脂,利用这种硝酸纤维素具有可塑性,可以加工饭碗、水杯、茶壶等,具有塑性,能代替松香、虫胶的功能。

1862 年,伦敦国际博览会上,摄影师亚历山大·帕克斯(Alexander Parkes)查看了处理胶棉的不同方法。他试着把胶棉与樟脑混合。混合后产生了一种可弯曲的硬材料创造的,他公开展示了这种名为Parkesine的材料,这就是世界上最早发明的热塑性物料,制作出了各类物品:梳子、笔、纽扣和珠宝印饰品。提升了硝酸纤维素的功能。

1869年,美国人J.W.海厄特发现在硝酸纤维素中加入樟脑和少量酒精可制成一种可塑性物料,热压下可成型为塑料制品,命名为“赛璐珞”。

1872年,在美国纽瓦克建厂生产。当时除用作象牙代用品外,还加工成马车和汽车的风挡和电影胶片等,从此开创了塑料工业,相应地也发展了模压成型技术。

1903年,德国人A.艾兴格林发明了不易燃烧的醋酸纤维素和注射成型方法。

1904年,世界塑料产量仅有1万吨,当时还没有形成独立的工业部门。

1905年,德国拜耳股份公司进行工业生产。在此期间,一些化学家在实验室里合成了多种聚合物,如线型酚醛树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯(PVC)等,为后来塑料工业的发展奠定了基础。

1909年,美国人L.H.贝克兰在用苯酚和甲醛来合成树脂方面,做出了突破性的进展,取得第一个热固性树脂──酚醛树脂的专利权。在酚醛树脂中,加入填料后,热压制成模压制品、层压板、涂料和胶粘剂等。这是第一个完全合成的塑料。

1910年,在柏林吕格斯工厂建立通用酚醛树脂公司进行生产。在40年代以前,酚醛塑料是最主要的塑料品种,约占塑料产量的2/3。主要用于电器、仪表、机械和汽车工业。

1911年,英国F.E.马修斯制成了聚苯乙烯(PS),但存在工艺复杂、树脂老化等问题。

1920年以后,塑料工业获得了迅速发展。首先是德国化学家Н.施陶丁格提出高分子链是由结构相同的重复单元以共价键连接而成的理论和不熔不溶性热固性树脂的交联网状结构理论。

1921年,上海胜德赛珍厂(现胜德塑料厂)开始生产赛璐珞制品,以后又陆续建立了健华、永和、国光和中兴等工厂。

1926年,美国W.L.西蒙把尚未找到用途的聚氯乙烯(PVC)粉料在加热下溶于高沸点溶剂中,在冷却后,意外地得到柔软、易于加工、且富于弹性的增塑聚氯乙烯(PVC)。这一偶然发现打开了聚氯乙烯(PVC)得以工业生产的大门。

1926年,中国上海胜德赛珍厂开始生产酚醛树脂及模塑粉(电木粉)。

1928年,由英国氰氨公司投入工业生产了第一个无色的树脂是脲醛树脂。

1929年,美国化学家W.H.卡罗瑟斯提出了缩聚理论,均为高分子化学和塑料工业的发展奠定了基础。

1930年,德国法本公司在路德维希港用本体聚合法进行工业生产。在对聚苯乙烯(PS)改性的研究和生产过程中,已逐渐形成以苯乙烯为基础,与其他单体共聚的苯乙烯系树脂,扩展了它的应用范围。

1931年,德国法本公司在比特费尔德用乳液法生产聚氯乙烯(PVC)。

1933年,英国卜内门化学工业公司在进行乙烯与苯甲醛高压下反应的试验时,发现聚合釜壁上有蜡质固体存在,从而发明了聚乙烯(PE)。

1939年,该公司用高压气相本体法生产低密度聚乙烯(LDPE)。

1941年,美国又开发了悬浮法生产聚氯乙烯(PVC)的技术。

1953年,联邦德国K.齐格勒用烷基铝和四氯化钛作催化剂,使乙烯在低压下制成为高密度聚乙烯(HDPE),

1955年联邦德国赫斯特公司首先高密度聚乙烯(HDPE)工业化。

从40年代中期以来,世界塑料的总产量从1904年的1万吨,猛增至1944年的60万吨,1956年达到340万吨。

1957年,意大利人G.纳塔发明了聚丙烯(PP),首先由意大利蒙特卡蒂尼公司工业生产。

70年代末,全世界主要各种型塑料年总产量分别为:聚烯烃190万吨,聚氯乙烯(PVC)超过10万吨,聚苯乙烯(PS)接近8万吨,还有其他类型塑料,塑料总产量为636万吨。

1983年起,世界塑料工业历史最高水平,产量达720万吨。

1949年,中国塑料产量约40万吨左右。

1958年,中国自行研究设计的第一套聚氯乙烯(PVC)年产3000吨的生产装置在锦西化工厂建成投产,这是中国塑料工业进入一个新时期的标志。

1960年,中国上海建成年产50万吨聚苯乙烯(PS)生产装置。

1965年,中国上海高桥化工厂以千吨级规模生产高密度聚乙烯(HDPE)。

1965年,中国塑料总产量为9.7万吨。

1970年,在中国兰州化学工业公司,年产3500吨高压法聚乙烯(PE)装置和年产5000吨聚丙烯(PP)装置开始投入生产。

1970年,中国塑料增至17.6万吨。

70年代以后,中国北京燕山石油化工公司、辽阳石油化纤公司和上海石油化工总厂等几个大型石油化工企业的合成树脂生产装置相继投产。

1982年,中国合成树脂的年产量突破百万吨。

据历史资料显示:自1905年发明了PVC,1911年发明了 PS,

1933年发明了PE,1957发明了PP。通用塑料一般指4P,发明塑料种类齐全的产业化跨度50多年,至今各种功用性塑料达几百种类,各类型牌号达3000多种,2023年世界塑料总产量4亿吨以上。无论全球经济是顺境或逆境,过去五十年中,塑料使用量增长了20倍,并且有望在接下来的20年里再翻一番,预计2050年全球塑料产量将增加三倍,高达11.24亿吨。届时,“塑料经济”将占有全球碳预算15%的份额,而目前其份额仅为1%。

为此,终结塑料污染问题,已经提升到全球人类安全的高度,经联合国倡议,预计在2024年,将有170多个国家签定《结束全球塑料污染》的国际公约,与《巴黎协定》国际公约,均具有同等国际法律约束力。各缔约国必须采取相应法律措施,防治塑料污染环境和破坏生态平衡。力求减少化石资源(煤炭、石油、天然气等)消耗,发展生物材料替代化石材料,推进实现固碳减碳的目标,遏制全球气候变化。

以上是祝光富(广东上九生物降解塑料有限公司、意大利生物塑料协会会员)本人原创,对“降解塑料”概念与认知的问题,人们达成一致共识、或概念比较清晰之后,才好选择正确的从业方向。在此,衷心感谢热衷从事塑料研究、加工及其相关产业的人们给予支持和帮助。



责任编辑:刘编
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