錢(qián)伯章

(上海擎督信息科技公司，上海 200127)

二氧化碳合成可降解塑料的發(fā)展綜述

錢(qián)伯章

(上海擎督信息科技公司，上海 200127)

介紹了國(guó)外二氧化碳（CO2）合成可降解塑料的發(fā)展?fàn)顩r；分析了該產(chǎn)品在推廣應(yīng)用中存在的成本壓力大、銷(xiāo)售難、投資風(fēng)險(xiǎn)大等難題；認(rèn)為以二氧化碳合成的高分子材料具有生物可降解的特性，屬于環(huán)境友好材料，是目前高分子技術(shù)領(lǐng)域重要的發(fā)展方向之一。

二氧化碳;可降解塑料;環(huán)境友好

二氧化碳（CO2）是石油和天然氣等物質(zhì)燃燒釋放出來(lái)的一種氣體，既是環(huán)境溫室效應(yīng)的“元兇”，又是潛在的碳資源。

環(huán)境友好材料是指在原料采集、產(chǎn)品制造、使用、再生循環(huán)利用以及廢料處理等環(huán)節(jié)中對(duì)環(huán)境負(fù)荷小的材料，具有資源和能源消耗少、對(duì)生態(tài)和環(huán)境污染小、再生利用率高的特點(diǎn)。而目前國(guó)內(nèi)外在研發(fā)領(lǐng)域具有創(chuàng)新優(yōu)勢(shì)的可降解塑料原料——二氧化碳基聚合物，則是值得石化行業(yè)關(guān)注的環(huán)境友好型塑料原料。

普通的塑料如聚乙烯、聚丙烯等聚合物，是以烴為單體聚合而成，而二氧化碳基聚合物則是以烴和二氧化碳為原料共聚而成，其中二氧化碳含量占31%～50%，與常規(guī)聚合物相比，對(duì)烴及上游原料石油的消耗大大減少。二氧化碳基聚合物不但可以減少石油的消耗，而且其環(huán)境適應(yīng)性也很理想。

1 世界研發(fā)現(xiàn)狀與進(jìn)展

根據(jù)IEA統(tǒng)計(jì)，2007年中國(guó)的二氧化碳排放量已經(jīng)達(dá)60.7億噸，而同期美國(guó)的排放量為57.7億噸，中國(guó)事實(shí)上已經(jīng)成為世界第一碳排放大國(guó)。鑒于溫室氣體排放帶來(lái)的潛在威脅，全球多數(shù)國(guó)家已經(jīng)加入到了努力減少溫室氣體排放（特別是二氧化碳）的行列中。二氧化碳的回收利用成為當(dāng)前的熱點(diǎn)。

二氧化碳基聚合物使用后產(chǎn)生的塑料廢棄物，可以通過(guò)回收利用、焚燒和填埋等多種方式處理，廢棄的二氧化碳基聚合物可以像普通塑料一樣回收后進(jìn)行再利用；進(jìn)行焚燒處理時(shí)只生成二氧化碳和水，不產(chǎn)生煙霧，不會(huì)造成二次污染；進(jìn)行填埋處理時(shí)，可在數(shù)月內(nèi)降解。

二氧化碳可降解塑料屬完全生物降解塑料類(lèi)，可在自然環(huán)境中完全降解，可用于一次性包裝材料、餐具、保鮮材料、一次性醫(yī)用材料、地膜等方面。二氧化碳可降解塑料作為環(huán)保產(chǎn)品和高科技產(chǎn)品，正成為當(dāng)今世界矚目的研究開(kāi)發(fā)熱點(diǎn)。利用此技術(shù)生產(chǎn)的降解塑料，不僅將工業(yè)廢氣二氧化碳制成了對(duì)環(huán)境友好的可降解塑料，而且避免了傳統(tǒng)塑料產(chǎn)品對(duì)環(huán)境的二次污染。它的發(fā)展，不但擴(kuò)大了塑料的應(yīng)用，而且在一定程度上對(duì)日益枯竭的石油資源也是一個(gè)。因此，二氧化碳可降解塑料的生產(chǎn)和應(yīng)用，無(wú)論從環(huán)境保護(hù)，還是從資源再生利用角度看，都具有重要的意義。

美國(guó)、韓國(guó)、日本、俄羅斯和我國(guó)臺(tái)灣的科學(xué)家在二氧化碳基聚合物領(lǐng)域進(jìn)行了大量的研發(fā)工作。

由二氧化碳制備可完全降解塑料的研究始于1969年。日本油封公司發(fā)現(xiàn)，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。

將二氧化碳（CO2）與環(huán)氧丙烷（PO）共聚的技術(shù)于上世紀(jì)60年代首次被發(fā)現(xiàn)，但是由于副反應(yīng)生成環(huán)狀丙烯碳酸酯（CPC）而未能推向商業(yè)化，該副反應(yīng)導(dǎo)致生成不穩(wěn)定的低分子量共聚物?，F(xiàn)在，由日本東京大學(xué)工程學(xué)院化學(xué)與生物技術(shù)系Kyoko Nozaki教授開(kāi)發(fā)的新催化劑基本上解決了這一限制。新催化劑為含有二個(gè)醋酸酯配合基的雙-（哌啶基甲基）-羥碘鈷（III）絡(luò)合物，它由醋酸鈷與對(duì)應(yīng)的雙水楊叉二胺反應(yīng)合成，隨后在過(guò)量醋酸和空氣存在下進(jìn)行氧化而成。該催化劑可使CO2與環(huán)氧類(lèi)化合物，如環(huán)氧丙烷、環(huán)氧-丁烷和環(huán)氧-已烷反應(yīng)可選擇性地生成共聚物。

美國(guó)Novomer公司于2009年12月中旬宣布，開(kāi)發(fā)的新技術(shù)可使用二氧化碳作為生產(chǎn)包裝用塑料和涂料的原料，據(jù)稱(chēng)，該工藝與傳統(tǒng)塑料制造相比，使用的能量可減半。該工藝過(guò)程可生產(chǎn)塑料瓶和塑料收縮包裝膜，應(yīng)用于眾多消費(fèi)者使用的物品包裝物品。新的塑料還可提供氧氣阻隔性能，這將有助于保護(hù)一些對(duì)腐爛敏感的物品。該塑料也有改善的耐沖擊性和硬度，這意味著可減少塑料用量。由此可減重，對(duì)整個(gè)供應(yīng)鏈而言可減少能量消耗和運(yùn)輸成本。該技術(shù)由康奈爾（CorneLL）大學(xué)開(kāi)發(fā)。

2008年，Novomer公司宣布推出其第一款產(chǎn)品NB-180為聚（丙烯碳酸酯）（PPC）的黏合劑，屬于環(huán)境友好塑料。據(jù)稱(chēng)，NB-180是一種無(wú)定形、無(wú)色熱塑性聚合物（聚丙烯碳酸鈣），可在環(huán)境中分解，使其成為電子、釬焊和陶瓷行業(yè)廣泛應(yīng)用的產(chǎn)品。

德國(guó)亞琛工大研究人員于2008年4月上旬在美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)年會(huì)上表示，德國(guó)正在研究將發(fā)電廠排放的大量二氧化碳轉(zhuǎn)化成有用的塑料原料。亞琛工大的研究人員托馬斯·米勒認(rèn)為，將氣候保護(hù)與塑料生產(chǎn)結(jié)合起來(lái)，比單純地將二氧化碳儲(chǔ)存到地下有意義得多。目前米勒領(lǐng)導(dǎo)的研究人員已在亞琛工大建立了一個(gè)催化劑研究中心，并和位于勒弗庫(kù)森的德國(guó)拜耳化學(xué)公司合作，共同研究如何從二氧化碳中生產(chǎn)廉價(jià)的聚碳酸酯塑料。聚碳酸酯塑料是生產(chǎn)塑料瓶、DVD光碟和鏡片等塑料制品非常普遍的原料，每年全球的需求量達(dá)數(shù)百萬(wàn)噸。因此，如果能夠研究成功利用二氧化碳廉價(jià)生產(chǎn)聚碳酸酯的工藝，其應(yīng)用前景將非常廣闊。米勒認(rèn)為，雖然利用二氧化碳生產(chǎn)塑料原料并不能完全解決全球氣候變暖的問(wèn)題，但對(duì)減緩氣候變暖會(huì)有很大的貢獻(xiàn)。米勒同時(shí)也表示，這項(xiàng)工藝的研究也并非很容易，因?yàn)槎趸际欠浅７€(wěn)定的分子，要使其發(fā)生化學(xué)轉(zhuǎn)化，本身就要消耗能源，另外還需要研究特殊的催化劑，估計(jì)至少還需要數(shù)年才能進(jìn)入工業(yè)化應(yīng)用。

二氧化碳作為合成高分子材料的單體的研究工作受到了世界各國(guó)的廣泛重視。二氧化碳與環(huán)氧丙烷共聚物類(lèi)的脂肪族聚碳酸酯是二氧化碳合成高分子材料領(lǐng)域的一大亮點(diǎn)。這類(lèi)材料具有生物降解性能，不僅解決了當(dāng)前塑料制品難以降解而導(dǎo)致的白色污染問(wèn)題，也減少了二氧化碳的排放。作為一類(lèi)新型的脂肪鏈聚碳酸酯，二氧化碳與環(huán)氧丙烷共聚物具有透明性、可生物降解性和氧氣阻隔性等特點(diǎn)，但是其性價(jià)比依然有待于大幅度改善，才能滿足實(shí)際應(yīng)用要求，今后仍需開(kāi)展更深入的工作，推動(dòng)二氧化碳基塑料實(shí)現(xiàn)真正大規(guī)模的實(shí)際應(yīng)用。

2 我國(guó)的發(fā)展現(xiàn)狀

自20世紀(jì)90年代起，中科院廣州化學(xué)所、浙江大學(xué)、蘭州大學(xué)、中科院長(zhǎng)春應(yīng)化所相繼開(kāi)展了二氧化碳固定為可降解塑料的研究，并取得可喜進(jìn)展。

中科院廣州化學(xué)公司完成二氧化碳的共聚及其利用——二氧化碳高效合成為可降解塑料的研究，該項(xiàng)目的中試成果已轉(zhuǎn)讓給廣州廣重企業(yè)集團(tuán)公司，共同進(jìn)行二氧化碳可降解塑料5000噸/年工業(yè)化試驗(yàn)。該項(xiàng)目在催化劑方面，創(chuàng)新性地制備了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的多種擔(dān)載羧酸鋅類(lèi)催化劑。該催化體系成本低、使用安全、制備簡(jiǎn)單，適合工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用。

2001年，中科院長(zhǎng)春應(yīng)化所著手進(jìn)行二氧化碳的固定及利用的工業(yè)化研發(fā)工作，與蒙西高新技術(shù)集團(tuán)公司合作，經(jīng)過(guò)3年攻關(guān)，建成了世界上第一條3000噸/年“二氧化碳基全降解塑料母?！惫I(yè)示范生產(chǎn)線，2004年通過(guò)了中國(guó)科學(xué)院高技術(shù)研究與發(fā)展局組織的專(zhuān)家驗(yàn)收。國(guó)內(nèi)首套二氧化碳可降解塑料工業(yè)化生產(chǎn)裝置于2004年初由內(nèi)蒙古蒙西高新技術(shù)集團(tuán)建成。該工程生產(chǎn)規(guī)模為3000噸/年。據(jù)稱(chēng)其產(chǎn)品可望部分取代聚偏氟乙烯、聚氯乙烯等醫(yī)用和食品包裝材料，并可用于一次性食品和藥物包裝。

同時(shí)，在二氧化碳共聚合催化體系、聚合方法等方面，蒙西集團(tuán)已獲授權(quán)美國(guó)專(zhuān)利2項(xiàng)、中國(guó)專(zhuān)利3項(xiàng)，建立了比較完備的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)體系。據(jù)介紹，該生產(chǎn)線每生產(chǎn)1噸降解塑料，可利用0.45～0.5噸二氧化碳，不僅使二氧化碳變廢為寶，得到綜合利用，而且生產(chǎn)出的全生物降解塑料又可大大減少白色污染。目前，該項(xiàng)目已批量生產(chǎn)的二氧化碳基塑料母粒主要有二氧化碳/環(huán)氧丙烷共聚物、二氧化碳/環(huán)氧丙烷/環(huán)氧乙烷三元共聚物、二氧化碳/環(huán)氧丙烷/環(huán)氧環(huán)己烷三元共聚物等3個(gè)品種，外觀均為淡黃色粒子或無(wú)色透明粒子，二氧化碳單元含量為31%～50%。在強(qiáng)制性堆肥條件下，這些全生物降解塑料可在5～60天內(nèi)完全分解。依托年產(chǎn)3000噸全生物降解二氧化碳共聚物示范生產(chǎn)線自有技術(shù)和成功運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，蒙西集團(tuán)正在擴(kuò)大規(guī)模，3萬(wàn)噸/年的同類(lèi)生產(chǎn)線已于2007年底投產(chǎn)，一年可消耗1.26萬(wàn)噸二氧化碳。

2004年10月，長(zhǎng)春應(yīng)化所承擔(dān)并實(shí)施了吉林省科技發(fā)展計(jì)劃重大項(xiàng)目——二氧化碳共聚物及其產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)項(xiàng)目。中科院長(zhǎng)春應(yīng)化所于2009年2月11日宣布，該所承擔(dān)的二氧化碳共聚物及其產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目通過(guò)鑒定。該項(xiàng)目歷時(shí)4年，取得了一系列在國(guó)際上居領(lǐng)先水平的創(chuàng)新性成果。該項(xiàng)目取得了3項(xiàng)世界第一：在國(guó)際上首次解決了二氧化碳共聚物的冷流難題；率先開(kāi)發(fā)出具有生物可降解性能的高阻隔薄膜材料；獲得全球首個(gè)二氧化碳共聚物醫(yī)用可降解材料生產(chǎn)許可證。

項(xiàng)目組開(kāi)發(fā)的多元共聚新型稀土催化劑和強(qiáng)化交聯(lián)的新技術(shù)，解決了二氧化碳共聚物在30℃以上便存在嚴(yán)重冷流現(xiàn)象這一國(guó)際上一直未解決的難題，有效提升了二氧化碳共聚物的催化劑效率。

長(zhǎng)春應(yīng)化所科研人員引入外部結(jié)晶控制聚合物聚集態(tài)的方法，突破了二氧化碳共聚物連續(xù)吹制成膜的技術(shù)難題，在國(guó)際上率先開(kāi)發(fā)出具有生物可降解性能的高阻隔薄膜材料。他們還與吉林金源北方科技發(fā)展有限公司聯(lián)手，開(kāi)發(fā)出二氧化碳共聚物醫(yī)用敷料，并獲得了世界上第一個(gè)二氧化碳共聚物醫(yī)用一次性可降解材料生產(chǎn)許可證。目前，該公司已投入3000萬(wàn)元建立了醫(yī)用敷料生產(chǎn)線。

此外，長(zhǎng)春應(yīng)化所還與中國(guó)海洋石油總公司合作，成功建成了年產(chǎn)3000噸的二氧化碳共聚物生產(chǎn)線。目前長(zhǎng)春應(yīng)化所等單位承擔(dān)的國(guó)家“十一五”科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目—全生物降解塑料產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)也已啟動(dòng)。

由江蘇中科金龍股份公司與中科院廣州化學(xué)所聯(lián)合研制的以CO2為原料制備完全可降解塑料材料新技術(shù)，通過(guò)環(huán)境保護(hù)部組織的重大科技成果鑒定。該技術(shù)開(kāi)發(fā)出新型CO2共聚催化劑分離系統(tǒng)，得到了無(wú)色催化劑含量低于10%的脂肪鏈聚碳酸酯多元醇，可以生產(chǎn)出聚氨酯材料。這種新型全生物降解泡沫塑料可應(yīng)用于包裝材料，具有廣闊的市場(chǎng)前景。這項(xiàng)新技術(shù)生產(chǎn)出的產(chǎn)品不僅成本低，而且還可完全降解，可解決“白色污染”危害，為溫室氣體CO2的回收利用打開(kāi)新的途徑。中科金龍公司和廣州化學(xué)所的這項(xiàng)技術(shù)，不僅可為聚氨酯提供一種全新的原材料，還可衍生出眾多新型產(chǎn)品，從而形成全新的塑料產(chǎn)業(yè)鏈條。

江蘇中科金龍化工股份有限公司年產(chǎn)2萬(wàn)噸二氧化碳樹(shù)脂的連續(xù)生產(chǎn)線于2007年6月初投產(chǎn)。至此，該公司完成了以二氧化碳為原料生產(chǎn)高分子樹(shù)脂的工業(yè)放大試驗(yàn)，建成了世界上第一條萬(wàn)噸級(jí)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的二氧化碳制備全生物降解塑料生產(chǎn)線，開(kāi)創(chuàng)了二氧化碳制備有機(jī)高分子材料的歷史先河。經(jīng)中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院檢測(cè)，這種新產(chǎn)品廢棄一個(gè)月可降解33%，與植物纖維、稻草等天然產(chǎn)物相近，優(yōu)于所有大品種合成高分子材料。同時(shí)，該泡沫塑料還具有高強(qiáng)度、高模量、容易實(shí)現(xiàn)阻燃等特點(diǎn)。企業(yè)已經(jīng)申請(qǐng)發(fā)明專(zhuān)利11項(xiàng)，目前獲授權(quán)4項(xiàng)。

江蘇金龍綠色化學(xué)公司以二氧化碳為原料年產(chǎn)2000噸脂肪鏈聚碳酸亞乙酯及基于該樹(shù)脂的可降解型聚氨酯泡沫塑料產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目通過(guò)鑒定。該技術(shù)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，在二氧化碳催化活化技術(shù)、聚氨酯泡沫塑料的高生物降解性等方面達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。利用該技術(shù)每消耗1噸二氧化碳能生產(chǎn)出約3噸脂肪鏈聚碳酸亞乙酯樹(shù)脂，并生產(chǎn)出約6噸可降解型聚氨酯泡沫塑料。該產(chǎn)品性能優(yōu)異，不僅可以替代市場(chǎng)上的普通包裝材料和建筑用隔熱材料，而且可用作電器及環(huán)保要求高的包裝材料，對(duì)消除白色污染、突破家電出口面臨的綠色壁壘起到重要作用。該公司研發(fā)制備的聚氨酯泡沫塑料產(chǎn)品作為緩沖包裝材料，廢棄后可完全生物降解，不留任何有害物質(zhì)。

以二氧化碳為原料生產(chǎn)全降解塑料生產(chǎn)線在河南天冠集團(tuán)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化運(yùn)行。該工藝一方面可減少二氧化碳排放，另一方面，聚合成的環(huán)保塑料可完全生物降解，能從根本上消滅“白色污染”，是一種典型的循環(huán)經(jīng)濟(jì)技術(shù)模式。據(jù)介紹，投入運(yùn)行的這條5000噸/年的全降解塑料產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)線，在國(guó)際上也處于領(lǐng)先水平。該裝置采用高活性、高催化效率的催化劑，將天冠集團(tuán)在生產(chǎn)酒精過(guò)程中排放的二氧化碳廢氣聚合成全降解塑料——聚碳酸亞丙酯樹(shù)脂。該項(xiàng)目首期建設(shè)的萬(wàn)噸級(jí)二氧化碳全降解塑料生產(chǎn)線，年產(chǎn)值可達(dá)3億元。二期工程將在此基礎(chǔ)上將產(chǎn)能再擴(kuò)建至5萬(wàn)噸/年，項(xiàng)目全部完工后產(chǎn)值預(yù)計(jì)可達(dá)20億元/年，由此每年將減少4萬(wàn)噸的二氧化碳排放量。據(jù)介紹，首期1萬(wàn)噸/年規(guī)模裝置生產(chǎn)的塑料產(chǎn)品的價(jià)格會(huì)高于普通塑料產(chǎn)品，但二期產(chǎn)能達(dá)到5萬(wàn)噸/年時(shí)，其規(guī)模效益優(yōu)勢(shì)就可以充分顯現(xiàn)出來(lái)。截止2008年3月，全降解塑料市場(chǎng)售價(jià)每噸約為3萬(wàn)元，國(guó)內(nèi)外每年對(duì)該產(chǎn)品的需求量超過(guò)1000萬(wàn)噸，而總生產(chǎn)能力尚不到1萬(wàn)噸。因此該項(xiàng)目具有很好的市場(chǎng)前景。

由中海油總公司和中科院長(zhǎng)春應(yīng)化所共同出資建設(shè)的二氧化碳可降解塑料項(xiàng)目于2007年8月初在海南東方市動(dòng)工。該項(xiàng)目為大規(guī)模綜合利用二氧化碳開(kāi)辟了一條重要途徑，推動(dòng)上游氣田的開(kāi)發(fā)利用，減少二氧化碳的集中排放。據(jù)了解，該項(xiàng)目屬于國(guó)家重點(diǎn)鼓勵(lì)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)。項(xiàng)目總投資1.522億元，采用長(zhǎng)春應(yīng)化所自主研發(fā)的專(zhuān)利技術(shù)，設(shè)計(jì)年產(chǎn)3000噸。可降解塑料項(xiàng)目主要原料為廢氣二氧化碳和環(huán)氧丙烷，在催化劑的作用下，二氧化碳和環(huán)氧丙烷發(fā)生共聚反應(yīng)，生成二氧化碳共聚物PPC。

該項(xiàng)目于2008年7月在海南省東方化工城運(yùn)行，年產(chǎn)量達(dá)3000噸。1噸二氧化碳可降解塑料消耗大約0.5噸二氧化碳，每噸產(chǎn)值在2萬(wàn)元左右。產(chǎn)品在使用過(guò)程中可完全生物降解為二氧化碳和水，不產(chǎn)生白色垃圾，用途廣泛，利于環(huán)保。

2008年7月1日，中海石油化學(xué)股份有限公司與中科院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所利用二氧化碳可降解材料成功地研制成環(huán)保塑料袋，這種塑料袋用后在堆肥條件下可完全生物降解，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成任何影響。

中山大學(xué)與廣州市合誠(chéng)化學(xué)有限公司、廣州市天賜三和環(huán)保工程有限公司兩家公司于2007年10月中旬簽訂合作協(xié)議，采用中山大學(xué)研發(fā)的利用二氧化碳合成全降解塑料技術(shù)，首期投資1.3億元建設(shè)一條萬(wàn)噸級(jí)二氧化碳全降解塑料生產(chǎn)線。

中科院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所與江蘇省南通華盛新材料股份有限公司于2009年12月初宣布，共同開(kāi)發(fā)的二氧化碳塑料薄膜裝置將實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，華盛有望成為國(guó)內(nèi)首家萬(wàn)噸級(jí)CO2塑料薄膜生產(chǎn)商，產(chǎn)品主要用于出口。

據(jù)介紹，長(zhǎng)春應(yīng)化所與華盛公司經(jīng)過(guò)三年的研究，突破了CO2共聚物連續(xù)吹制成膜的技術(shù)難題，共同開(kāi)發(fā)出了具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的生物可降解CO2共聚物塑料薄膜。該薄膜采用組合催化技術(shù)和大面積、連續(xù)薄膜制備技術(shù)，改善了CO2聚合物的穩(wěn)定性，提高了薄膜材料的力學(xué)性能，改進(jìn)了產(chǎn)品的耐用性，將聚合物的耐受溫度從以往的20℃～40℃提高到60℃。

2009年11月，長(zhǎng)春應(yīng)化所與中海油合作的年產(chǎn)6000噸CO2塑料原料生產(chǎn)線開(kāi)車(chē)成功，為下游華盛公司生產(chǎn)萬(wàn)噸級(jí)CO2基塑料薄膜提供了條件。華盛公司的全生物降解CO2基塑料薄膜生產(chǎn)裝置已基本建成，薄膜產(chǎn)品中CO2重量含量達(dá)到60%，試驗(yàn)產(chǎn)品正在國(guó)外相關(guān)權(quán)威機(jī)構(gòu)進(jìn)行性能檢測(cè)。

3 在國(guó)內(nèi)推廣應(yīng)用的難點(diǎn)

（1）成本壓力大

目前我國(guó)開(kāi)發(fā)成功的二氧化碳共聚物可降解塑料技術(shù)主要有4種，即中科院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所的以稀土配合物、烷基金屬化合物、多元醇和環(huán)狀碳酸酯組成的復(fù)合催化劑為核心的高效脂肪鏈聚碳酸酯制備技術(shù)；中科院廣州化學(xué)所的以納米催化劑為核心的二氧化碳與環(huán)氧丙烷反應(yīng)生產(chǎn)全降解塑料技術(shù)；天津大學(xué)的以稀土絡(luò)合催化劑為核心的二氧化碳與環(huán)氧氯丙烷共聚反應(yīng)生產(chǎn)脂肪鏈聚碳酸酯技術(shù)；廣東中山大學(xué)的以高效納米催化劑為核心的環(huán)氧丙烷高效合成聚碳酸亞丙酯樹(shù)脂技術(shù)。在這4種技術(shù)中，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化的有3種。

由于這些項(xiàng)目規(guī)模小，項(xiàng)目所用催化劑要么是稀土系催化劑，要么是納米催化劑，目前只能小批量生產(chǎn)，產(chǎn)量低、價(jià)格貴。此外，項(xiàng)目所需主要原料之一環(huán)氧丙烷和環(huán)氧氯丙烷價(jià)格也很高，再加上不菲的新產(chǎn)品推廣費(fèi)用，導(dǎo)致二氧化碳基可降解塑料的最終成本在1.8萬(wàn)元/t以上。在石油基塑料價(jià)格隨石油價(jià)格走低的情況下，二氧化碳基可降解塑料企業(yè)的成本壓力越來(lái)越大，已經(jīng)影響到企業(yè)的正常經(jīng)營(yíng)。

（2）需求小，銷(xiāo)售難

二氧化碳基可降解塑料居高不下的成本，價(jià)格始終為石油基塑料的1.5～2倍。加之其熱穩(wěn)定性、阻隔性、加工性與石油基塑料存在一定差距，只能在食品包裝、醫(yī)療衛(wèi)生等有特殊要求的極少數(shù)領(lǐng)域使用，無(wú)法在需求巨大的薄膜、農(nóng)用地膜等領(lǐng)域推廣應(yīng)用。不僅如此，即便在有限的食品包裝、醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域，也面臨聚乳酸、聚乙烯醇、聚丁二酸丁二醇酯等可降解塑料的沖擊與競(jìng)爭(zhēng)，使得二氧化碳基可降解塑料的消費(fèi)市場(chǎng)十分狹小，產(chǎn)品銷(xiāo)售困難。

（3）投資風(fēng)險(xiǎn)大

就單位產(chǎn)品投資額而言，二氧化碳可降解塑料項(xiàng)目的投資額比煤制油還高，一個(gè)1萬(wàn)噸/年二氧化碳基可降解塑料項(xiàng)目，往往需要1.4億元以上的資金投入，單從經(jīng)濟(jì)效益考慮，項(xiàng)目的投資風(fēng)險(xiǎn)是很大的。中海石油化學(xué)股份公司和內(nèi)蒙古蒙西高新集團(tuán)也坦承，如果不計(jì)算節(jié)能減排和環(huán)保效益，二氧化碳基可降解塑料項(xiàng)目根本不賺錢(qián)甚至?xí)r錢(qián)。

據(jù)了解，2007年底至今，雖然吉林、河南、遼寧、江蘇、廣東、寧夏等省區(qū)先后推出18個(gè)累計(jì)80萬(wàn)噸/年二氧化碳基可降解塑料招商項(xiàng)目，但目前實(shí)施的只有廣州天成生物降解材料有限公司一家。

對(duì)二氧化碳基可降解塑料遭遇的“叫好不叫座”的尷尬局面，業(yè)內(nèi)專(zhuān)家提出了相關(guān)對(duì)策和建議。廣東中山大學(xué)表示，研究團(tuán)隊(duì)根據(jù)河南天冠集團(tuán)5000噸/年裝置運(yùn)行過(guò)程中積累的經(jīng)驗(yàn)和暴露的問(wèn)題，已經(jīng)設(shè)計(jì)出更加優(yōu)化的工藝流程，并研發(fā)出第二代性能更好的納米催化劑，這些成果已經(jīng)通過(guò)實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證，將用于正在建設(shè)的廣州天成生物降解材料有限公司1萬(wàn)噸/年項(xiàng)目和將要建設(shè)的河南天冠集團(tuán)2.5萬(wàn)噸/年項(xiàng)目，預(yù)計(jì)可降低60%生產(chǎn)成本，提高其產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。

國(guó)家應(yīng)從節(jié)能減排與環(huán)境保護(hù)的戰(zhàn)略高度，加大對(duì)包括二氧化碳基可降解塑料在內(nèi)的循環(huán)經(jīng)濟(jì)項(xiàng)目的政策扶持與財(cái)稅優(yōu)惠，推動(dòng)二氧化碳可降解塑料的技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)發(fā)展。隨著我國(guó)工業(yè)化進(jìn)程的加快，二氧化碳的排放成倍增長(zhǎng)。據(jù)預(yù)測(cè)，到2012年，僅煤化工領(lǐng)域產(chǎn)生的二氧化碳就將超過(guò)3.5億噸/年。減少溫室氣體的排放和煤炭資源的浪費(fèi)，需要國(guó)家政策引導(dǎo)和資金扶持。

我國(guó)是二氧化碳排放大國(guó)，但由于目前的經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展依然十分依賴(lài)化石燃料，減少二氧化碳的排放相對(duì)是困難的。因此如何高效利用二氧化碳已經(jīng)成為世界上日益受到重視的問(wèn)題，將二氧化碳固定為全降解塑料是一條公認(rèn)的有效途徑。但是，該技術(shù)因成本高，加工性、力學(xué)及熱學(xué)性能有待進(jìn)一步改善等原因，目前世界范圍內(nèi)都沒(méi)有實(shí)現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化。國(guó)家科技支撐計(jì)劃提出，將研制出二氧化碳與環(huán)氧化物共聚合的高效催化體系，解決本體共聚合和后處理過(guò)程的傳質(zhì)和傳熱問(wèn)題以及樹(shù)脂的實(shí)時(shí)改性問(wèn)題，突破二氧化碳樹(shù)脂的工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)。課題將主要研究二氧化碳基塑料的催化活性的保持、連續(xù)共聚合工藝、聚合物的后處理方法等工程化技術(shù)，解決二氧化碳共聚物工業(yè)化大規(guī)模合成所面臨的傳質(zhì)、傳熱的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題；針對(duì)二氧化碳-環(huán)氧丙烷塑料使用溫度狹窄的弱點(diǎn)，引入功能化環(huán)氧化物第三單體進(jìn)行化學(xué)共聚改性，拓展其使用溫度區(qū)間；在2010年前建立1萬(wàn)噸/年二氧化碳基塑料生產(chǎn)線并達(dá)產(chǎn)銷(xiāo)售，形成5萬(wàn)噸/年生產(chǎn)線的工藝包。

為推動(dòng)高分子材料工業(yè)的原料多元化，國(guó)家科技部于2009年10月中旬宣布將在今后3年斥資2000萬(wàn)元實(shí)施“全降解二氧化碳共聚物的合成關(guān)鍵技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化”專(zhuān)項(xiàng)。該項(xiàng)目以工業(yè)廢氣二氧化碳的資源化利用、合成生物降解的二氧化碳共聚物為目標(biāo)，重點(diǎn)突破制約其規(guī)模化生產(chǎn)的高效專(zhuān)用催化劑、聚合和后處理工藝、聚合物改性和應(yīng)用等關(guān)鍵技術(shù)，建立萬(wàn)噸級(jí)以上規(guī)模的示范生產(chǎn)線，并研究開(kāi)發(fā)新型催化劑及相應(yīng)的連續(xù)化生產(chǎn)工藝技術(shù)。科技部設(shè)立該項(xiàng)目的總體目標(biāo)是，針對(duì)萬(wàn)噸級(jí)全降解二氧化碳共聚物規(guī)?；a(chǎn)和應(yīng)用，攻克高效專(zhuān)用催化劑的規(guī)?；a(chǎn)、共聚合和后處理工藝、共聚物的改性和應(yīng)用等關(guān)鍵技術(shù)，完成千噸級(jí)高效專(zhuān)用催化劑和年產(chǎn)2.5萬(wàn)噸二氧化碳共聚物生產(chǎn)線的建設(shè)；開(kāi)發(fā)二氧化碳共聚物改性技術(shù)和大宗應(yīng)用產(chǎn)品，形成技術(shù)和產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)鏈；進(jìn)行高溫高選擇性催化劑及相應(yīng)連續(xù)化生產(chǎn)工藝及關(guān)鍵裝備的設(shè)計(jì)，建成500噸級(jí)連續(xù)化生產(chǎn)中試示范線，推動(dòng)我國(guó)在可降解塑料產(chǎn)業(yè)形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)。

以工業(yè)廢氣二氧化碳為原料合成高分子材料，減輕對(duì)石油資源的依賴(lài)，同時(shí)使二氧化碳變廢為寶。以二氧化碳合成的高分子材料具有生物可降解的特性，屬于環(huán)境友好材料，是目前高分子技術(shù)領(lǐng)域重要的發(fā)展方向之一。

Development Report on Degradable Plastic of CO2Compound

QIAN Bo-zhang

X384

A

1006-5377（2011）01-0038-05