二氧化碳合成可降解塑料的國內(nèi)外進(jìn)展
日期：2010-07-01 09:21:35
二氧化碳是石油和天然氣等物質(zhì)燃燒釋放出來的一種氣體，既是環(huán)境溫室效應(yīng)的“元兇”，又是潛在的碳資源。鑒于溫室氣體排放帶來的潛在威脅，全球多數(shù)國家已經(jīng)加入到了努力減少溫室氣體排放（特別是二氧化碳）的行列當(dāng)中。二氧化碳的回收利用成為當(dāng)下的熱點(diǎn)。
環(huán)境友好材料是指在原料采集、產(chǎn)品制造、使用或者再生循環(huán)利用以及廢料處理等環(huán)節(jié)中對(duì)環(huán)境負(fù)荷最小的材料，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)。而目前國內(nèi)外在研發(fā)領(lǐng)域具有創(chuàng)新優(yōu)勢的可降解塑料原料——二氧化碳基聚合物，正是值得石化行業(yè)關(guān)注的環(huán)境友好型塑料原料。
普通的塑料原料，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)烴類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對(duì)石油的消耗，而且環(huán)境適應(yīng)性也很理想。
1. 世界發(fā)展進(jìn)展
二氧化碳基聚合物是以二氧化碳和烴為原料共聚而成的新型塑料原料。其中二氧化碳含量占31%~50%，可大大降低對(duì)烴的上游原料——石油的消耗。
二氧化碳基聚合物使用后產(chǎn)生的塑料廢棄物，可以通過回收利用、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。
二氧化碳降解塑料屬完全生物降解塑料類，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)大了塑料的功能，而且在一定程度上對(duì)日益枯竭的石油資源是一個(gè)補(bǔ)充。因此，二氧化碳降解塑料的生產(chǎn)和應(yīng)用，無論從環(huán)境保護(hù)，或是從資源再生利用角度看，都具有重要的意義。
美國、韓國、日本、俄羅斯和我國臺(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。
目前已批量生產(chǎn)的二氧化碳基塑料原料主要有二氧化碳/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)己烷三元共聚物等品種。
由二氧化碳制備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。美國在此基礎(chǔ)上通過改進(jìn)催化劑，于1994年生產(chǎn)出二氧化碳可降解共聚物。國外開展該項(xiàng)工作的研究單位主要有：日本東京大學(xué)、波蘭理工大學(xué)、美國Pittsburgh大學(xué)和TexasA&M大學(xué)、日本京都大學(xué)、埃克森研究公司等。美國空氣產(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、日本和韓國等生產(chǎn)二氧化碳降解塑料，美國年產(chǎn)量約為2萬噸，日本、韓國也已形成年產(chǎn)上萬噸規(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)改生成不穩(wěn)定的低分子量共聚物。現(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)氧化物，如環(huán)氧丙烷（PO）、環(huán)氧1-丁烷和環(huán)氧1-已烷反應(yīng)可選擇性地生成共聚物。例如，該催化劑可用于使CO2與環(huán)氧丙烷（PO）分子制取共聚物，其平均分子量為26500。反應(yīng)發(fā)生在DME（1,2-二甲氧基乙烷）溶劑和1.4MPa CO2條件下，產(chǎn)率為99%，選擇性為97%。環(huán)狀丙烯碳酸酯（CPC）的生成則受到抑制。這類共聚物的商業(yè)化生產(chǎn)為利用CO2提供了機(jī)遇，從而可減少這種溫室氣體排向大氣。該項(xiàng)目研究從CO2與環(huán)氧化物制取脂肪族聚碳酯酯的商業(yè)化開始著手。得到日本新能源與工業(yè)技術(shù)開發(fā)組織的支持，并有日本三座大學(xué)（包括東京大學(xué)）和4家公司參與。
