化學(xué)產(chǎn)品設(shè)計(jì)化學(xué)產(chǎn)品設(shè)計(jì)1生物降解塑料友好隊(duì)員：馮小紅王慧風(fēng)指導(dǎo)老師：孫昱教授生物降解塑料友好隊(duì)員：馮小紅指導(dǎo)老師：孫昱教授2講解內(nèi)容1、產(chǎn)品背景2、用戶需求3、產(chǎn)品方案4、方案的進(jìn)一步確認(rèn)5、致謝講解內(nèi)容1、產(chǎn)品背景3一、產(chǎn)品背景塑料工業(yè)是一門制品工業(yè),又是一門新興的材料工業(yè)。近年來(lái),隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì),特別是石油化學(xué)工業(yè)的迅速發(fā)展塑料工業(yè)發(fā)展很快。1998年合成樹(shù)脂的表觀消費(fèi)量約1494.0萬(wàn)t,塑料制品為1427.6萬(wàn)t。塑料材料和產(chǎn)品作為一種重要工業(yè)資材和消費(fèi)資材,已廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、包裝業(yè)和高科技領(lǐng)域以及人民生活的各個(gè)方面,它已和鋼鐵、木材、水泥并列成為四大支柱材料,在促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門的技術(shù)進(jìn)步和滿足人民生活需要方面發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。一、產(chǎn)品背景塑料工業(yè)是一門制品工業(yè),又是一門新興的材料工業(yè)。4近年來(lái),中國(guó)包裝用塑料約400萬(wàn)t,其中難以回收利用的一次性塑料包裝約占30%,則每年產(chǎn)生的塑料包裝廢棄物約120萬(wàn)t;塑料地膜40多萬(wàn)t,由于較薄(8μm以下),用后破碎在農(nóng)田中并夾雜了大量的沙土,很難回收利用;難以回收利用的一次性日用雜品及不宜回收利用的醫(yī)療用品約40萬(wàn)t。一、產(chǎn)品背景近年來(lái),中國(guó)包裝用塑料約400萬(wàn)t,其中難以回收利用的一次性5

綜合以上各項(xiàng)一次性塑料廢棄物達(dá)200萬(wàn)t左右。又據(jù)北京、上海、天津等城市的調(diào)查,塑料廢棄物在城市固體廢棄物處理系統(tǒng)(MSW)中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)約3%～7%,而體積分?jǐn)?shù)則占10%～20%。由此引發(fā)的環(huán)境問(wèn)題日益嚴(yán)重,引起了全社會(huì)的極大關(guān)注和強(qiáng)烈反響。對(duì)此,我國(guó)政府予以了極大的重視,正積極研究對(duì)策和措施。一、產(chǎn)品背景綜合以上各項(xiàng)一次性塑料廢棄物達(dá)200萬(wàn)t左右。又據(jù)北京、6產(chǎn)品背景塑料制品在工業(yè)和日常生活中的廣泛應(yīng)用產(chǎn)生了大量難以處理的塑料垃圾,形成了嚴(yán)重的環(huán)境危害。減少并解決廢棄塑料的環(huán)境污染問(wèn)題引起了世界各國(guó)的高度重視,使用和開(kāi)發(fā)生物降解性塑料已成為各國(guó)解決“白色污染”的重要手段之一產(chǎn)品背景塑料制品在工業(yè)和日常生活中的廣泛應(yīng)用產(chǎn)生了大量難以處71、產(chǎn)品用途1、農(nóng)業(yè)用資材2、土木建筑材料3、運(yùn)輸用緩沖包裝材料4、野外文體用品自然環(huán)境下難回收的領(lǐng)域1、產(chǎn)品用途1、農(nóng)業(yè)用資材自然環(huán)境下難回收的領(lǐng)域81、食品包裝材料2、衛(wèi)生用品3、日用雜貨品有利于堆肥的領(lǐng)域1、食品包裝材料有利于堆肥的領(lǐng)域91、一次性醫(yī)療用具2、醫(yī)用材料3、藥品緩釋膠囊4、繃帶醫(yī)用領(lǐng)域1、一次性醫(yī)療用具醫(yī)用領(lǐng)域102、當(dāng)前技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r1、光降解塑料的研究；合成型、添加型2、化學(xué)降解塑料的研究；氧化性、水解型3、生物降解塑料的研究；完全生物降解、崩壞性生物降解4、組合降解塑料的研究；光/生物降解塑料、生物/氧

化降解塑料、光/氧化/生物降解塑料2、當(dāng)前技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r1、光降解塑料的研究；合成型、添加型11當(dāng)前技術(shù)發(fā)展方向1、積極地開(kāi)發(fā)各種添加劑2、通過(guò)分子設(shè)計(jì)研究和分子合成技術(shù)，不斷改進(jìn)配方3、利用纖維素、淀粉、甲殼素等天然高分子材料4、將塑料工業(yè)與細(xì)菌學(xué)結(jié)合起來(lái)5、光/生物降解塑料具有光解和生物降解雙重特性當(dāng)前技術(shù)發(fā)展方向1、積極地開(kāi)發(fā)各種添加劑123、一次性塑料存在的問(wèn)題（1）、市場(chǎng)應(yīng)用由于生產(chǎn)可降解塑料的成本偏高,造成其在市場(chǎng)中價(jià)格偏高,這樣就給可降解塑料的推廣造成了很大的影響。同時(shí)一次性紙制品的迅速崛起也給可降解塑料帶來(lái)很大的沖擊。3、一次性塑料存在的問(wèn)題（1）、市場(chǎng)應(yīng)用13（2）降解技術(shù)尚不成熟目前很多的光降解塑料都是在塑料中添加光分解劑或者光敏劑,而這些添加劑對(duì)塑料的降解效果受到地理環(huán)境和氣候的影響很大,這樣就很難做到準(zhǔn)確控制降解時(shí)間,同時(shí),埋地部分和進(jìn)入垃圾填埋系統(tǒng)部分也很難得到降解。目前有些所謂生物降解塑料是以簡(jiǎn)單的物理共混工藝,將淀粉填充到聚乙烯等樹(shù)脂內(nèi),雖可加工吹塑成膜,但這種“降解”薄膜,待其內(nèi)所含淀粉被生物降解后,其聚合物骨架在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)(約20年)仍有50%殘留量,反而為廢棄塑料的回收加工處理增加了困難。（2）降解技術(shù)尚不成熟目前很多的光降解塑料都是在塑料中添加光14（3）、降解塑料的標(biāo)準(zhǔn)及實(shí)驗(yàn)評(píng)

價(jià)方法對(duì)于降解塑料,世界上尚沒(méi)有統(tǒng)一的定義、試驗(yàn)評(píng)價(jià)方法、識(shí)別標(biāo)志和產(chǎn)品檢測(cè)技術(shù),致使缺乏正確統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)和確切的評(píng)價(jià),產(chǎn)品市場(chǎng)比較混亂,真假難辯。（3）、降解塑料的標(biāo)準(zhǔn)及實(shí)驗(yàn)評(píng)

價(jià)方法對(duì)于降解塑料,世界上尚154、生物降解塑料的市場(chǎng)需求4、生物降解塑料的市場(chǎng)需求16（1）、生物降解塑料產(chǎn)能現(xiàn)狀生物降解塑料是一類在光"熱"微生物等存在的條件下能夠發(fā)生降解的塑料。目前，全球研發(fā)生產(chǎn)的生物降解塑料品種已有幾十種，主要包括聚乳酸(PLA)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚己內(nèi)酯(PCL)、聚羥基脂肪酸酯(PHA)、聚對(duì)苯二甲酸丙二醇酯(PTT)等。（1）、生物降解塑料產(chǎn)能現(xiàn)狀生物降解塑料是一類在光"熱"微生17（2）、各種生物降解塑料產(chǎn)能1、聚乳酸（PLA）2、聚己內(nèi)酯（PCL）3、聚丁酸丁二醇酯（PBS）4、聚羥基脂肪酸酯（PHA）5、聚對(duì)苯二甲酸丙二醇酯（PTT）（2）、各種生物降解塑料產(chǎn)能1、聚乳酸（PLA）18表1、全球聚乳酸（PLA）主要生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)能（kt/a)表1、全球聚乳酸（PLA）主要生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)能（kt/a)19表2、全球聚己內(nèi)酯（PCL）主要生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)能（kt/a)表2、全球聚己內(nèi)酯（PCL）主要生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)能（kt/a)20（3）、市場(chǎng)和產(chǎn)能供應(yīng)分析目前，生物降解塑料的總產(chǎn)能與通用塑料相比依然較小，生產(chǎn)技術(shù)"原料供應(yīng)"生產(chǎn)成本依然是制約生物降解塑料產(chǎn)能提高的主要因素。提高生產(chǎn)技術(shù)依然是提升產(chǎn)能的首要途徑。生物降解塑料的生產(chǎn)裝置主要分布在歐美日等發(fā)達(dá)國(guó)家，且裝置規(guī)模較大，中國(guó)的生物降解塑料產(chǎn)業(yè)仍屬于起步階段，近年發(fā)展速度較快。國(guó)家《新材料產(chǎn)業(yè)十二五發(fā)展規(guī)劃》提出:積極開(kāi)展聚乳酸等生物可降解材料研究，加快實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，推進(jìn)生物基高分子新材料和生物基綠色化學(xué)品產(chǎn)業(yè)發(fā)展。這為我國(guó)的生物降解塑料產(chǎn)業(yè)發(fā)展指明了方向。隨著人們環(huán)保意識(shí)的提高，對(duì)生物降解塑料的需要也會(huì)越來(lái)越大，市場(chǎng)前景廣闊。（3）、市場(chǎng)和產(chǎn)能供應(yīng)分析目前，生物降解塑料的總產(chǎn)能與通用塑21二、用戶需求二、用戶需求221、需求方案1、需求方案23生物降解塑料課件242、需求組和2、需求組和25生物降解塑料課件26生物降解塑料課件273、產(chǎn)品規(guī)格

對(duì)醫(yī)療器械衛(wèi)生行業(yè)、食品行業(yè)、工農(nóng)業(yè)、日常生活用品行業(yè)進(jìn)行調(diào)查研究，初步擬出環(huán)保型生物降解型一次性塑料的產(chǎn)品規(guī)格如下：3、產(chǎn)品規(guī)格對(duì)醫(yī)療器械衛(wèi)生行業(yè)、食品行業(yè)、工農(nóng)業(yè)、日常生28①有極好的耐水、耐油等性能；②有適宜的保質(zhì)期，不易變質(zhì)；③廢棄后極易降解；④降解后不釋放污染物質(zhì)，對(duì)環(huán)境沒(méi)有影響；⑤使用過(guò)程中不釋放氣體和其他物質(zhì)；⑥無(wú)毒無(wú)害無(wú)味；⑦能適應(yīng)的溫度區(qū)間為：-20℃——200℃3、產(chǎn)品規(guī)格①有極好的耐水、耐油等性能；3、產(chǎn)品規(guī)格29三、產(chǎn)品方案三、產(chǎn)品方案30（1）、方案（1）、方案31生物降解塑料課件32生物降解塑料課件33（2）、方案分類1、（2）、方案分類1、34生物降解塑料課件35生物降解塑料課件36（3）方案篩選經(jīng)過(guò)多方面考慮，經(jīng)過(guò)經(jīng)濟(jì)性、可行性等方面考慮我們剔除一些方案，得到如下方案：（3）方案篩選經(jīng)過(guò)多方面考慮，經(jīng)過(guò)經(jīng)濟(jì)性、可行性等方面考慮我37（4）、方案權(quán)重分析以科學(xué)技術(shù)成熟度（W1=0.3）、成本（W2=0.2）、安全環(huán)保（W3=0.2）、方案可行性程度（W4=0.2）、公眾反應(yīng)（W5=0.1）五個(gè)權(quán)重因素來(lái)進(jìn)行分析：（4）、方案權(quán)重分析以科學(xué)技術(shù)成熟度（W1=0.3）38生物降解塑料課件39經(jīng)上述權(quán)重分析之后篩選出以下比較好的方案：經(jīng)上述權(quán)重分析之后篩選出以下比較好的方案：40四、方案的進(jìn)一步確認(rèn)四、方案的進(jìn)一步確認(rèn)411、方案的具體內(nèi)容聚乙烯加淀粉1、加入增溶劑，使淀粉中的羥基發(fā)生締合作用；2、增加聚乙烯的極性及降解性；3、淀粉的變性；1、方案的具體內(nèi)容聚乙烯加淀粉42其生產(chǎn)路線為：

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),目前國(guó)內(nèi)有幾十家工廠生產(chǎn)聚乙烯/淀粉降解塑料,年生產(chǎn)能力約為5萬(wàn)噸,但由于性能、價(jià)格等方面的原因,實(shí)際生產(chǎn)量不大,市場(chǎng)尚未形成.其生產(chǎn)路線為：據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),目前國(guó)內(nèi)有幾十家工廠生43淀粉基生物降解塑料普通淀粉粒徑為25μm左右,既可作為制備降解復(fù)合材料的一種填料，又可以通過(guò)一定改性處理制備降解塑料。淀粉基生物降解塑料分為破壞性生物降解塑料和完全生物降解塑料。前者主要是指將淀粉與不可降解樹(shù)脂共混，研究開(kāi)發(fā)較早，是淀粉基可降解塑料研究的第一代產(chǎn)品。后者則包括淀粉與可降解聚酯共混材料和全淀粉塑料兩種，這兩種材料在使用后均能實(shí)現(xiàn)徹底降解，目前是國(guó)外生物降解材料開(kāi)發(fā)的主流。由于淀粉的成本比普通塑料要低很多。普通食用淀粉的價(jià)格為每噸2200元，而通用塑料的價(jià)格為每噸13000元，因此開(kāi)發(fā)全淀粉降解塑料是今后淀粉基生物降解材料的大趨勢(shì)。淀粉基生物降解塑料普通淀粉粒徑為25μm左右,既可作為制44用CO2合成聚碳酸酯塑料二氧化碳和環(huán)氧丙烷在催化劑作用下共聚可得到交替型脂肪族聚碳酸酯。這種聚合物具有良好的環(huán)境可降解性。美國(guó)在此基礎(chǔ)上通過(guò)改進(jìn)催化劑，于1994年生產(chǎn)出二氧化碳可降解共聚物。美國(guó)空氣產(chǎn)品與化學(xué)品公司和陶氏化學(xué)公司已合成出相應(yīng)的產(chǎn)品。到目前為止，只有美國(guó)、日本和韓國(guó)等生產(chǎn)二氧化碳可降解塑料，美國(guó)年產(chǎn)量約為2萬(wàn)噸，日本、韓國(guó)也已形成年產(chǎn)萬(wàn)噸規(guī)模。用CO2合成聚碳酸酯塑料二氧化碳和環(huán)氧丙烷在催化劑作用下共聚45但是在國(guó)內(nèi)推廣有如下一些難點(diǎn)：1、成本壓力大2、需求小、銷售難3、投資風(fēng)險(xiǎn)大但是在國(guó)內(nèi)推廣有如下一些難點(diǎn)：1、成本壓力大462、方案具體化淀粉基生物降解塑料2、方案具體化淀粉基生物降解塑料47淀粉是一種多糖類化合物，廣泛存在玉米，小麥，馬鈴薯等植物中，具有來(lái)源廣，成本低，可生物降解等優(yōu)點(diǎn)，因此很早就有人將其作為生物降解研究的材料。淀粉以葡萄糖為結(jié)構(gòu)單元，分子鏈呈順式結(jié)構(gòu)，一般分為直鏈淀粉和支鏈淀粉兩種。直鏈淀粉是以α-1，4-糖苷鍵連接D-吡喃葡萄糖單元所形成的直鏈高分子化合物，而支鏈淀粉是在淀粉鏈上以α-1，6-糖苷鍵連接側(cè)鏈結(jié)構(gòu)的高分子化合物，分子量通常要比直鏈淀粉的大很多。通常玉米淀粉中直鏈淀粉占28%，分子量大約為(0.3-3×106)，占72%的支鏈淀粉分子量則可以達(dá)到數(shù)億。淀粉是一種多糖類化合物，廣泛存在玉米，小麥，馬鈴薯等植物中，483、原料以及經(jīng)濟(jì)性分析3、原料以及經(jīng)濟(jì)性分析494、合成路線整個(gè)工藝只需要一種反應(yīng)器就可以了，將淀粉改性之后作為母料，和需要進(jìn)行混合的聚酯進(jìn)行適當(dāng)?shù)嘏浔龋ǖ矸鄣牧繛?0%—60%之間），在高速混合機(jī)和雙滾筒開(kāi)煉機(jī)的混合作用下進(jìn)行混合，加入適量的添加劑和鋁酸酯偶聯(lián)劑，最后進(jìn)行成型。4、合成路線整個(gè)工藝只需要一種反應(yīng)器就可以了，將淀粉改性之后505、方案的風(fēng)險(xiǎn)整個(gè)合成路線工藝簡(jiǎn)單，反應(yīng)器單一，而且廠區(qū)投資小，常壓下操作，原料不會(huì)釋放出毒性氣體和廢水。綜合考慮風(fēng)險(xiǎn)較小。5、方案的風(fēng)險(xiǎn)整個(gè)合成路線工藝簡(jiǎn)單，反應(yīng)器單一，而且廠區(qū)投資516、方案可行性主要原料為淀粉，價(jià)廉易得；反應(yīng)器單一，工藝路線簡(jiǎn)單，設(shè)備和廠區(qū)投資少；生產(chǎn)過(guò)程中沒(méi)有毒氣和有毒、污染的廢水排出，操作安全，無(wú)毒無(wú)害；產(chǎn)品綠色環(huán)保，性能良好。綜合考慮：在未來(lái)的市場(chǎng)里有很大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。6、方案可行性主要原料為淀粉，價(jià)廉易得；反應(yīng)器單一，工藝路線52仍然存在不足的地方1、使用性能上：要想達(dá)到滿足所有用戶需求的情況下，還有很長(zhǎng)的路要走，還有很多沒(méi)有完善的地方。2、降解性能上：雖然較傳統(tǒng)的塑料要好很多，但是仍然存在一些問(wèn)題，降解準(zhǔn)確性難以控制。3、原料來(lái)源：淀粉基塑料使用糧食生產(chǎn)的淀粉作為原料，出現(xiàn)工業(yè)與人爭(zhēng)糧食的沖突。中國(guó)人口眾多！仍然存在不足的地方1、使用性能上：要想達(dá)到滿足所有用戶需求的53仍需努力！盡管存在以上問(wèn)題,研究和開(kāi)發(fā)淀粉基降解塑料在環(huán)境保護(hù)、減少塑料工業(yè)對(duì)石油的依賴、促進(jìn)發(fā)展農(nóng)業(yè)等方面仍有很重要的意義。隨著對(duì)降解塑料研究的深入,其性能將會(huì)得到逐步改善,逐漸滿足人們的使用要求,應(yīng)用領(lǐng)域也將會(huì)越來(lái)越寬。其具有很大的發(fā)展?jié)摿?將成為新型材料的主力軍,是未來(lái)材料發(fā)展的趨勢(shì)。我們繼續(xù)加油吧！仍需努力！盡管存在以上問(wèn)題,研究和開(kāi)發(fā)淀粉基降解塑料在環(huán)境54五、參考文獻(xiàn)[1]楊惠娣.中國(guó)塑料工業(yè)現(xiàn)狀、熱點(diǎn)與發(fā)展戰(zhàn)略[J].中國(guó)塑料,2000,14(6):1[2]プラスチシヶスヱ—ジ,1999,45(12):140[3]