所有类型的聚合物,无论是否来自可再生资源,无论是否可回收,都在循环经济和追求净零中发挥作用。由轻质塑料制成的可移动物品在每个动作中都可以节省能源。回收显然是可取的,但即使一些先进的复合材料很难回收(虽然不是不可能),它们仍然可以为节省燃料做出巨大贡献。让司机把油箱装满由林业和农业废料制成的燃料的想法是异想天开的——最好是用可再生资源制造可持续的聚合物。用石油制造塑料比把石油作为燃料要好得多。
可悲的是,微塑料和向海洋中注入微观聚合物颗粒是一场灾难,正在给拯救地球的竞赛中最有价值的材料之一带来坏名声。这个问题必须立即得到解决。
目前,大多数工业聚合物和塑料都是由不可再生的石油或天然气资源生产的。然而,由于最近对化石资源枯竭的担忧,人们一直在努力用来自可再生资源(如生物质)的碳氢化合物取代传统的石油和天然气基塑料。
可再生原料
聚合物生产是温室气体排放的主要来源。为了减少这种情况,聚合物行业需要转向可再生碳原料,如生物质和CO2.这两种原料都已被证明可以减少聚合物生产中的温室气体排放,然而,这往往是以提高有限的生物质和可再生电力资源的利用率为代价的。
利用可再生资源生产高分子材料并不是什么新鲜事。自然产生的聚合物是人类最早使用的材料之一。在19世纪th世纪以来,人们对酪蛋白、天然橡胶和纤维素等天然材料进行了改性,以获得有用的高分子材料。在过去的几十年里,合成聚合物的生产和应用几乎呈指数级增长。然而,对化石资源枯竭、处置和相关问题的担忧,以及政府政策,导致人们对利用可再生资源开发可持续、安全、环保塑料的兴趣不断增加。
生物基聚合物的重要性在于各种各样的可再生原料和材料的环保前景。目前聚合物化学的成就和生物技术的介入显著地加速了多功能生物基聚合物的发展。这通常是通过对天然聚合物(如淀粉、纤维素或几丁质)进行化学修饰。生物基聚合物也可以从生物质(木质素,纤维素,淀粉,植物油)通过两步过程合成。
此外,传统单体如乙烯、1,2-乙醇、对苯二甲酸,或新型单体如丙交酯、2,5-呋喃二羧酸、1,4-环己烷二羧酸、糠醇或异山梨酯可通过化学或生化转化得到。然后,它们可以被聚合,生产出更常见的生物基塑料。甚至热固性聚合物也可以由可再生单体合成。
最后,天然生物基聚合物是由活的有机体合成的,基本上是它们最终使用的形式。天然生产的生物基聚合物的例子包括:
- 多糖
- 纤维素/淀粉
- 蛋白质
- 细菌polyhydroxyalkanoates
- 提取提纯后,可直接进行工业开发。
通过使用二氧化碳(CO2)或通过微生物,聚合物可以在植物中通过光合作用合成。
生物质也已用于各种工业规模的应用,特别是提供生物能源或作为生物燃料的原料。工业上也用于生产表面活性剂或聚合物,如聚乙烯,聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚氨酯多元醇。甘蔗甘蔗渣、植物油和玉米秸秆主要用作生物基生产的原料。然而,人们担心大规模实施生物基生产,这往往会增加其他环境影响,如酸化;例如,在修订后的欧盟可再生能源指令(2018/2001/EU)中,生物质被视为一种越来越重要的可再生能源。然而,可利用的生物量总量有限,因此有效利用这一资源至关重要。
裁剪聚合物
聚合物可以通过以下四种主要策略中的任何一种进行定制:
- 为均聚物生产选择最合适的单体
- 共聚
- 混合
- 使用填料、纤维和添加剂,包括木质纤维素纤维或其他生物基填料。
应用程序
生物质聚合材料的用途通常包括包装、抗菌薄膜、纤维、泡沫或涂层。在医学和药剂学中的应用包括药物输送系统。用于3D打印的聚乙烯生物复合材料已经上市。生物医学聚合物复合材料在快速发展和活跃的多学科生物材料领域占有独特的地位,对于解决复杂的医学和生物医学问题,包括组织的替换、修复和再生至关重要。
降解性
聚合物的生物降解能力与其原材料的来源无关。相反,它强烈地依赖于聚合物的结构。例如,一些生物基塑料可能是可生物降解的(例如,polyhydroxyalkanoates),其他则不是(例如,从甘蔗中提取的聚乙烯)。一些聚合物在几周内就会降解,而另一些则需要几个月。
生物可降解聚合物在各种利基市场领域得到应用,包括:
- 医疗器械:矫形,牙科,药物释放和组织工程
- 农业:用于控制释放的地膜、花盆和肥料封装
- 包装:手提袋、垃圾袋、食品包装及容器
Compostability
塑料被认为是可堆肥的,它必须符合以下标准:
- 生物降解-分解成二氧化碳、水和生物量。90%的有机物质转化为CO2在六个月内。
- 分解-堆肥三个月后,再用2毫米筛子进行筛分,残留物不得超过10%
- Eco-toxicity-生物降解不会产生任何有毒物质,堆肥可以支持植物生长。
因此,塑料可能是可降解的,但不能生物降解,或者它可能是可生物降解的,但不能堆肥(也就是说,它分解得太慢或留下有毒残留物)。
生物降解标准
在常见的处理环境中,包括堆肥、海洋、厌氧消化、土壤和垃圾填埋场,将审查生物降解塑料的全球生物降解标准,包括PHA、PLA、淀粉基塑料和其他生物降解塑料。
参考文献
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