生物分解塑料的回收再利用技術(shù)-生物降解環(huán)保塑

塑料回收再利用技術(shù)可以分為物理方法（材料回收再利用和熱回收再利用）和化學(xué)方法（化學(xué)回收再利用）兩大類。其中材料回收再利用比較簡便而且成本低，像PET瓶子目前回收再利用的比率在90%以上，但是材料回收再利用無法避免重復(fù)再生的塑料制品的品質(zhì)降低，從而使再生利用受到很大限制。

化學(xué)回收再利用又可以分為廢塑料的氣化、油化、甲醇化回收，和廢塑料的單體化、低聚物化回收。從循環(huán)經(jīng)濟(jì)角度的觀點(diǎn)來看，后者具有更大的優(yōu)勢。化學(xué)回收再利用對生物分解塑料的回收處理上也是可行的。這是因?yàn)?，生物分解塑料大都是靠容易發(fā)生水解的酯鍵和酰氨鍵結(jié)合而成的，比較容易發(fā)生解聚反應(yīng)，所以比較容易進(jìn)行單體化回收，因此，目前對生物分解塑料如何進(jìn)行化學(xué)回收再利用的研究也正在逐漸增多。

不管生物分解塑料是屬于微生物產(chǎn)生類、天然物類還是化學(xué)合成類，都要盡可能地謀求循環(huán)利用。這是因?yàn)椋锓纸馑芰贤ㄟ^循環(huán)利用，在生命周期整體上來看能量的消耗和二氧化碳產(chǎn)生量都會比較小。在這一點(diǎn)上，聚乳酸（PLA）等生物基聚合物也是一樣的。在這些物質(zhì)的制造中，由于發(fā)酵工程和產(chǎn)生物的化學(xué)變換過程等中都需要相應(yīng)的能量，所以才更需要謀求循環(huán)型回收利用。

適用于生物分解塑料的回收再利用過程包括重復(fù)使用、材料回收利用、熱回收再利用、化學(xué)回收再利用和生物回收再利用等（圖8-1）?，F(xiàn)在還是石油類生物分解塑料較多，今后，隨著生物質(zhì)制造技術(shù)的發(fā)展，預(yù)期會逐漸變成生物基的生物分解塑料。但由于資源的有限性，即使是生物基的生物分解塑料，也要不斷研究制造工程和生命循環(huán)周期的簡化、移動的物質(zhì)量的減少、材料的高性能化和高技能化，以及循環(huán)技術(shù)和相應(yīng)的系統(tǒng)。

物理回收再利用

材料回收利用是保持塑料的高分子狀態(tài)，進(jìn)行熔融、溶解，然后加工成型成新的產(chǎn)品的方法。相比石化來源的塑料，生物分解塑料也應(yīng)該先進(jìn)行重復(fù)多次使用，然后進(jìn)行材料回收利用。材料回收利用中難點(diǎn)在于異種聚合物和添加劑的混入，和混入了部分水解后的聚合物。生物分解塑料和PET等通用塑料一樣，收集后要進(jìn)行雜質(zhì)分離、挑選、粉碎等前處理，然后進(jìn)行熔融、顆?；忍幚怼Ｒ话愕?，根據(jù)塑料的用途不同，對性能的要求也會不同。所以，由于前面所說的原因，材料回收利用所得的塑料性能會降低，而無法再使用于同一用途，只能降級使用。

因此，繼材料回收利用的方法之后，就要考慮化學(xué)回收再利用了?，F(xiàn)在生物分解塑料的普及還十分有限，所以循環(huán)再生也受到限制。例如，在日本2005年愛知世博會用過的食品器具，作為材料回收利用的實(shí)例，它被回收后制成植物栽培容器，用于同年10月開幕的日本岡山國體等場合。

在實(shí)際使用中，為了提高強(qiáng)度、耐熱性等性質(zhì)，會在PLA中配入各種添加劑和混溶劑。例如，在電器的外殼和汽車零部件中混入洋麻植物纖維后，就可以得到強(qiáng)度和耐熱性足夠的樹脂。洋麻自身生長速度很快，二氧化碳的固定量也較多，但很少被作為植物纖維使用，有望被作為生物基纖維使用。添加了洋麻植物纖維的PLA的材料回收利用基本過程是，熔融、顆?；驮俪尚?，過程中不會出現(xiàn)明顯的物性降低，因此可以進(jìn)行多次材料回收利用。

但是，將來隨著生物塑料品種和使用量逐漸增加，需要回收利用的量也會越來越多，單靠材料回收的話明顯無法處理，于是化學(xué)回收再利用逐漸不被人們重視。

化學(xué)回收再利用

化學(xué)回收再利用，是把塑料以化學(xué)手段處理成有用的低分子后再進(jìn)行利用。有石油化學(xué)為主的能量回收，和回收塑料原料的單體回收再利用之分，從后者的意義上利用的情況比較多。從反應(yīng)類型來看，化學(xué)回收再利用又分為熱分解和化學(xué)解聚兩大類。把塑料作為化學(xué)原料和燃料回收的方法（熱分解技術(shù)），常見的有隔絕空氣的熱分解和在氫氣下的熱分解。曾經(jīng)試著把初期的熱分解放置在真空中還原成單體，但是高溫?zé)岱纸庵?，在目?biāo)主反應(yīng)之外也很容易產(chǎn)生副反應(yīng)，非常難以控制。

但是近來，通過在熱分解反應(yīng)中添加催化劑，慢慢可以控制反應(yīng)，并開發(fā)了對應(yīng)于精密聚合技術(shù)的精密解聚技術(shù)?；瘜W(xué)解聚生成單體的方法（解聚技術(shù)）又可以按催化劑和溶劑不同分為加水分解、加醇分解、葡萄糖分解等。此外，把酶和微生物作為可再生天然催化物使用的生物化學(xué)法也得到了關(guān)注。

生物分解塑料的生物分解和解聚發(fā)生的化學(xué)結(jié)構(gòu)部位基本上是共通的。開始是PLA和PHA，到后來PCL、脂肪族聚碳酸酯、聚氨酸等，許多生物分解塑料都被發(fā)現(xiàn)具有化學(xué)回收再利用機(jī)能。生物分解塑料是根據(jù)物性要求進(jìn)行混合的，所以比起熱分解，通過解聚進(jìn)行分別化學(xué)回收是更為有效的手段。而且，隨著利用超（亞）臨界二氧化碳、水和甲醇的新技術(shù)的開發(fā)，化學(xué)回收再利用的優(yōu)勢也會越來越大。

單體還原型化學(xué)回收再利用中的基本反應(yīng)，是利用聚合反應(yīng)和解聚反應(yīng)的平衡狀態(tài)的反應(yīng)。環(huán)狀單體的開環(huán)聚合中，開環(huán)的能量是聚合的推動力，另一方面，聚合消耗掉能量令平衡向環(huán)狀單體方向進(jìn)行，從而形成聚合-解聚的平衡狀態(tài)。即如圖8-2所示，開環(huán)聚合隨反應(yīng)條件變化反應(yīng)是可逆的，平衡成立。所以，為了促進(jìn)單體的解聚，會通過減壓等方法使生成的單體氣化從而被隔離到系統(tǒng)外等方法。但是，一般在高溫下進(jìn)行的熱分解反應(yīng)，會受到副反應(yīng)和聚合物鍵的末端基團(tuán)結(jié)構(gòu)的影響，所以在控制上比精密解聚和精密聚合更難。