2万吨生物基完全降解塑料可研报告.pdf
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1、生物基完全降解塑料 可行性报告XXXX有限公司目录第一章 项目建设的意义及必要性-21.1 项目国内外现状和技术发展趋势1.2 对产业发展的作用与影响1.3 产业关联度分析1.4 市场分析第二章 项目技术基础-252.1 成果来源及知识产权情况2.2 已完成的研究开发工作及中试情况和鉴定年限2.3 技术或工艺特点以及与现有技术或工艺比较所具有的优势2.4 该重大关键技术的突破对行业进步的重要意义和作用第三章市场分析、预测-403.1 国外市场分析和预测3.2 国内市场分析和预测第四章生产原料及辅料供应-444.1 生产原料的供应4.2 生产辅料的供应4.3 主要原料的储备4.4 主要原料表第五
2、章技术特点,工艺技术路线,设备选型及主要技术指标-455.1 技术特点5.2 工艺技术路线5.3 设备选型5.4 主要技术指标5.5 产品采用的质量标准5.6 主要原材料、燃料、动力消耗指标5.7 总平面布置与运输5.8 土建工程5.9 给排水工程5.10 供电5.11 供热5.12 辅助生产设施5.13 地震设防5.14 消防5.15 职工安全卫生第六章原材料供应及外部配套条件-706.1 原材料供应6.2 项目水、电、气供应情况第七章环境保护-727.1 所选厂址在环境保护方面的优缺点分析7.2 主要污染源、污染物及在厂区内分部的位置7.3 污染物排放量及治理方法7.4 绿化7.5 环境影
3、响评估第八章建厂条件和厂址选择-778.1 建厂条件8.2 厂址选择第九章项目实施管理、劳动定员及人员培训-779.1 生产组织及机构形成9.2 动定员9.3 生产管理人员9.4 培训计划第十章基础设施建设-7810.1 用地面积10.2 厂房建筑面积10.3 库房建筑面积10.4 行政设施建筑(含办公、检测中心)10.5 生活设施建筑10.6 配电房10.7 运输设施10.8 修理设施10.9 厂区道路、排水、绿化、大门围墙等建设第十一章建设工期80第十二章总投资估算-80第十三章投资估算-8013.1 投资估算依据13.2 建设投资估算13.3 流动资金估算13.4 项目投入总资金第十四章
4、生产成本和经济效益分析-8314.1 生产成本分析14.2 经济效益分析第十五章 社会效益和风险分析-8615.1 社会效益分析15.2 风险因素分析第一章项目建设的意义及必要性一、项目的意义和必要性1.1 项目国内外现状和技术发展趋势近年来,随着塑料工业的发展,塑料已应用到工业、农业、食品 业等许多行业和日常生活的各个方面。在农业上,采用地膜覆盖栽培 技术已为农业增产起到了关键性的作用,在我国被誉为农业上的“白 色革命”。对于包装业,塑料制品不断取代玻璃和纸张,大量用作包 装材料,但这些短期性和一次性使用的塑料制品在完成其使用功能 后,废弃在土壤环境中不易降解,目前的回收工作并不奏效,致使在
5、 城市垃圾中和铁路沿线,乃至江山河海、旅游景点随处可见废弃的一 次性塑料制品,给环境造成了严重的污染,而且废弃在长江里的餐盒 甚至影响了水电工程的顺利进行,形成“塑料垃圾”公害;对于废弃的 农地膜,给土壤造成污染,使农业减产,牲畜误食后致死。所有这些,在我国被形象地称为“白色污染”。21世纪是保护地球的时代,作为解决塑料垃圾对地球环境污染的 措施之一,一些经济发达国家纷纷立法,对某些特定塑料制品(如购 物袋、垃圾袋、饮料瓶杯、快餐盒等)规定不能使用不能在环境中降 解的塑料。我国政府对此也非常重视,国务院对治理,白色污染”早已 有所指示,相关部委也采取了相应的措施。为了有效解决咱色污染”所引起的
6、上述问题,除了加强国民的环境意识和回收再利用外,对于 那些不易回收或回收后没有利用价值的一次性使用塑料(如超薄地 膜、垃圾袋、快餐具等)应用领域,研究开发使用后在自然环境中能 自行降解的环境友好塑料势在必行。可降解塑料其废弃物在一定的 环境条件下和经历一定周期,可以使塑料垃圾减容、减量,从而可以 起到减轻环境污染、缓解环境矛盾的作用,符合固体废弃物污染防治 法中减量化,资源化、无害化的要求。而且由于其全部或部分原料采 用可再生天然资源,因此,作为有限的、不可再生的、日渐减少的石 油资源的补充替代品具有重要意义,并有利于可持续发展战略的实 施。1.1.1 国外研究现状目前,美日德等许多发达国家十
7、分重视生物可降解塑料的研究 开发,投入了大量资金。日本通产省已将生物可降解塑料作为继金 属、无机、高分子之后的“第四类新材料”,并拨专款支持生物可 降解塑料(EDP)的开发。国外的研究开发起始于上世纪70年代,80年代经历了较大的起 伏,90年代进入比较冷静和稳步地发展。进入21世纪生物降解塑料 有了较大的进展。国外研发的EDP主要包括光降解、生物降解、化学降解塑料等类 型。其中光降解塑料技术最为成熟、全生物降解塑料的研发最为活 跃。由于光降解塑料降解性能受限于地理、环境、气候等条件,用 途受到较大的制约。而全生物降解塑料虽可较短时间回归自然,但 高昂的价格又成为其推向市场的严重障碍,因此欧美
8、国家虽已建立 了万吨级生产线,但目前用途有等进一步开拓,成本有待大幅度降 低。国外生产EDP的主要国家有美、日、德、意等。近年来着重在生 物降解塑料方面开发,已取得较大成就。据ECN报导,2001年世界 生物降解塑料产量约35kt-40kt,到2010年将形成100kt的市场规 模,目前世界多家大型石化公司如Dupont、Eastman.Dow Chemicak BASF、Bayer等均进入了生物降解塑料领域。目前,国际标准化组 织已发布的生物降解塑料标准有ISO/TR1546 2、ISO14593.ISO14851.ISO14852.ISO14855,美国、德国、欧盟、日本均已制 订了可生物
9、降解、可堆肥化的认证标志和标准。1.美国是世界上EDP研发品种最多、能力最大、研发力量最强 的国家。合成型光降解(乙烯/一氧化碳ECO)是世界唯一生产的国 家;淀粉添加型(制品中淀粉含量15%以下)降解塑料80年代中末 期在美国市场曾风靡一时,并作为对付某些禁、限用塑料包装材料 法规的权宜对策,由于销售中的不实宣传和夸大作用受到环境部门 的质疑和反对,而逐渐降温,并转向大力加强全生物降解塑料的研 发,如美国Cargill-Dow公司2001年已建成140kt/a聚乳酸的生产规 模,并已开工生产和正在致力开拓市场。其它如Novon International公司的淀粉基本生物降解塑料Solvay
10、公司,U.C.C.公司的聚己内酯。Dupont和Eastman chemical公司的脂肪族/芳香 族共聚酯,Environmental P roducts公司的聚乙烯醇等都已建成了 工业规模生产线(详见表)。据美国Business communication报导:2000年北美生物降解塑料年销售量约为11.8kt,至2005年预计可增 加到16 kt,年增长率7%。北美生物降解塑料主要市场为包装材料,2000年销售量为9 9kt,到2005年其年均需求量预计达11.5kt,增 长率为4.6%;其第二大市场是堆肥袋销售量将由2000年的2.3kt增 加到2005年的3 6 kt,年均增长率9.
11、9%;其它市场是农用地膜、医 疗卫生用品和涂料等,2000年市场需求量还不到0.5kt,到2005年 将增到Ikt以上。2.日本关于EDP的研发特点是国内研究和引进先进技术和进口 产品加强应用研究,开拓市场相结合。这样一方面加快了研发进程,同时又能根据国内市场的需求,有针对性地开发产品。主要生产公 司和品种有三菱化学的P HB、P HBV,日本合成化学工业的淀粉/聚乙烯醇,昭和高分子和昭和电工的脂肪族聚酯;夕彳七d化学工 业的聚己内酯等。(详见表)。据日本生物降解塑料研究会报导,日 本绿色塑料市场规模2000年为3.5-4-,2003年将达到20 kt,2010 年占塑料总量的10%;又据日本
12、经济计划厅2010年技术预测研究 报告,2000年日本绿色塑料的市场销售额为1000亿日元,2010年将 达到5000亿日元。3.德国近年来也加强了 EDP的研发。如德国几家大公司Bayer 公司、BASF公司均投入了大量人力物力,BASF公司充分利用原有设 备能力开发化学合成型生物高分子,如脂肪族芳香族共聚酯,已建 成10 kt/a的生产规模,Bayer最近研发成功聚酯酰胺和淀粉/聚氨 酯共混生物降解塑料。4.意大利Novanmont公司是世界最先开发淀粉基生物降解塑料 的国家,其中淀粉/聚乙烯醇、淀粉/聚己内酯生物降解塑料已有多 年历史。2001年年产能力已增至10 kt,据预测意大利生物
13、降解塑 料的市场规模将从1999年的24 kt增长到期20 kt。开发“生物降解诱发剂”和促使通用塑料迅速分解的新工艺等等。而全淀粉生物降解塑料由于其优异特性逐渐成为研究热点。Lacourse 报道了以直链淀粉为原料的包装材料、包装制品的制造方法,用高直 链淀粉、包括10%的环氧丙烷、10%的聚乙烯醇等的挤出物,形成均匀、闭合的微气泡结构,其密度底,回弹性好,可用于包装材料。Tomka等报 道了一种能产生稳定泡沫结构的生物降解塑料,指出水作为发泡剂或 通过使用二氧化碳膨胀气体发泡得到的泡沫材料回弹性及强度差,产 生蜂窝状泡沫结构不均匀,没有形成闭孔。他将淀粉与至少一种不溶 与水的生物降解塑料混
14、合,另外将这种材料与生物降解的纤维(大麻、亚麻等)或胶囊状材料(硅胶、沸石等)混合,该材料通过毛细管现象而 部分吸水或饱和吸水,然后在适当的压力和温度下,毛细管中的水释 放从而发泡,得到的产品解决了以上问题。Lacourse等发明了由醒化 改性(主要为羟丙基淀粉的高直链淀粉在湿度10%20%,温度150 250C)制备泡沫塑料的生产工艺。另外由95%羟乙基高直链玉米淀粉 和5%P VA制备的泡沫塑料已在商业上代替了聚苯乙烯泡沫塑料。Randal Lshogren用高直链淀粉,乙酸酊及NaOH水溶液反应制备乙酸 酯淀粉。结果表明:水是乙酸酯淀粉的高效塑化剂,大量水存在时玻璃 化温度从干淀粉的16
15、5185C下降到95135C这主要是由于乙酰基 取代淀粉羟基,减弱了分子间氢键,使得淀粉分子链在干态时易于运 动。DS25的乙酸酯淀粉在含水量15%,150C时挤出得到膨胀、耐水、表面光滑的泡沫塑料,其密度、压缩强度高于聚苯乙烯泡沫塑料,但弹 性低于聚苯乙烯泡沫塑料。Laverous等人对多种聚酯与热塑性淀粉(TP S)的共混物(其中TP S占主要比例)的拉伸模量和冲击强度进行测 试发现:对于TP S/P CL共混物,当TP S含量一定,随着P CL含量增加,共混 物拉伸模量缓慢上升,而冲击强度则由TP S(干淀粉质量分数74%,甘油 质量分数10%,水质量分数16%)的079kj/m2上升至
16、157kj/m2(P CL质量 分数为25%)和2 99 k J/m2(P CL质量分数为40%)。各组数据表明,在 热塑性淀粉中加入聚酯可以避免材料力学性能差的缺点。他们也指 出,P CL对共混体系模量的影响取决于淀粉体系所处的状态。当淀粉基 体为玻璃态时,加入P CL使共混物的模量降低,当淀粉基体为高弹态时,加入P CL使体系模量提高。而且,当体系中P CL质量分数为10%时,就可 以明显改善共混物的力学性能,使材料的尺寸稳定性显著提高。从淀 粉经发酵制的其他生物降解材料也是进年热点,美国Eldib工程和研 究公司新发表的“从玉米制生物降解聚乳酸和薄膜”的研究报告中,报 道了几个大型日本公
17、司正积极实验从玉米制备聚乳酸(P LA)和再进一 步生产塑料的工业化进程,产品应用有薄膜,纤维和各种注塑制品。预 计P LA将是淀粉工业的经济增长点。嘉吉道公司已报道P LA在成本和性 能方面可以与传统材料相竞争-,并建成P LA生产装置,起始能力15万t,已于2002年投产。1.1.2国内研究现状我国现在已成为生产可降解塑料的主要国家之一。政府对其显 示出强烈的兴趣和意愿,目前,我国也已制订了各种政策和法规,鼓励生物可降解塑料的应用。但是,从总体上看,这一行业仍处在 有待于对技术进行更加深入研究、提高性能、降低成本、拓宽用途 并逐渐推向市场的阶段。进入21世纪以来,保护地球环境、构筑资 源循
18、环型社会,走可持续发展道路,已成为世界关注热点和紧迫任 务。生物降解塑料通过产品整个生命周期分析,已确认为环境低负 荷材料。另外,相当一部份生物降解塑料的主要原料是来自可年年 再生的农业资源,作为有限的、日渐减少、日趋枯竭的不可再生的 石油资源的补充替代,也已成为全球瞩目的发展趋势。因此,生物 降解塑料已成为全球研究开发热点。生物降解塑料又分为天然生物降解塑料、微生物降解塑料和化学 合成生物降解塑料几大类。天然生物降解塑料是指以天然聚合物为原 料,可通过各种成型工艺制成生物降解塑料制品的一类材料。这类材 料包括由淀粉、纤维素、甲壳素、大豆蛋白等天然聚合物及其各种衍 生物和混合物。其中,热塑性淀
19、粉已经产业化,其他天然材料尚处于基 础研究阶段。热塑性淀粉是采用一定技术改性淀粉使其具有热塑性,再加入各 种可在自然环境中降解的添加剂或与其他可生物降解塑料配混,通过 挤塑、注塑、吹塑或发泡等工艺加工成型的材料。有几种淀粉塑料的 制备方法:(1)淀粉可塑化改性并与少量添加成分挤出;(2)淀粉与生 物降解聚酯共挤出;(3)改性淀粉与P V A共混,并使其具有热塑性。20世纪90年代中期以后,江西省科学院、中科院长春应用化学研究所、华南理工大学、天津大学、天津工业大学材料科学与化学工程学院、中科院兰州化物所、绿维新材料(深圳)有限公司、武汉华丽科技有限 公司等科研单位陆续推出了热塑性淀粉生物降解塑
20、料的研究成果,制 品包括薄膜、网、片材和发泡材料,但尚未规范化进入市场。目前,武汉华丽科技有限公司已开始热塑性淀粉产品商品化生产,规模 10kt/a。蛋白质类的是通过采用甘油等增塑剂增塑植物蛋白,可以制 得可模塑的蛋白塑料。上海交通大学对大豆蛋白进行了研究,清华大 学高分子材料研究所对鸡蛋膜蛋白进行了研究,但是,其应用前景还 相当遥远。再生纤维素类,武汉大学化学与分子科学学院和湖北纤维 厂承担国家863计划,研发了一种新的廉价的纤维素溶剂体系一一尿 素和氢氧化钠体系,用于天然纤维素的湿法纺丝或流延法成膜,以制 造纤维和薄膜。另外,湖北工学院化工系采用生物发酵法合成了茁霉 多糖,并研究了它的成膜
21、性及其膜性能,由于其极低的氧气透过率,适 合用作食品保鲜包装材料,有望成为一种有前途的生物降解塑料。微生物合成生物降解塑料聚乳酸(P LA是以糖蜜等发酵制得的乳 酸为原料,再通过直接缩合聚合法,或其二聚体丙交酯开环聚合法等 方法化学合成的。中国聚乳酸研发还处于研究阶段。聚乳酸的合成主 要采用丙交酯催化开环聚合的路线。通过催化剂的研究,提高聚乳酸 的相对分子质量,降低聚乳酸的成本。目前,中科院成都有机所已经能 合成相对分子质量达到百万的消旋聚乳酸,这种高相对分子质量的聚 乳酸有很好的力学性能。开展研究工作的有中科院长春应用化学研究 所、中科院成都有机化学研究所、中科院上海有机研究所、四川大学、武
22、汉大学、浙江大学、复旦大学、天津大学、南开大学、东华大学、华南理工大学、华东理工大学、北京理工大学等。最近,中科院长春 应用化学研究所和浙江海生生物降解塑料股份有限公司正共同进行 中试研究,产品性能基本达到CargiUDoww公司产品水平,目前正在 设计组建5000 t生产能力的示范生产线。另外,上海同济大学开发成 功了乳酸一步法直接缩聚制备聚乳酸的工艺,并作为上海“科教兴市”重大科技产业化项目将建立年产千吨级的聚乳酸生产线。该项目是具 有自主知识产权的项目。另外的研究单位还有浙江轻工业学院等。北 京理工大学和原北京轻工业学院联合研究过采用化学合成的方法制 备聚乳酸。在聚乳酸的应用方面中科院成
23、都有机所、中科院长春应用 化学研究所正进行聚乳酸在医疗方面的应用,制品包括医用片材、骨 螺钉、手术缝合线等医用材料。中国聚羟基烷酸酯的研究最早开始于 上世纪80年代中,武汉大学开展了生物合成聚羟基丁酸酯的研究,但 是,工作未能进行下去,至上世纪90年代初,一些单位在国内不同部门 的支持下,又开始了微生物发酵法合成聚羟基烷酸酯的研究工作。主 要研究单位有中科院微生物所、清华大学生物系和化工系、中科院长 春应用化学研究所、山东大学、无锡轻工大学、中科院成都生物研究 所、西北工业大学等,生产单位有广东江门生物技术开发中心、广东 汕头华逸生物工程公司、宁波天安生物材料有限公司等。其中宁波天 安生物材料
24、有限公司已具备年产聚羟基戊酸酯(P HBV)千吨的规模。商 业化生产P HBV的关键是降低成本,已有人开始利用植物的叶子或根来 生产P HBV,如柳枝稷,如果这项技术成功,P HBV的价格有可能降低。化学合成生物降解塑料用微生物等方法合成的生物聚酯价格较 高,是目前难以普遍采用的主要障碍,化学合成便于批量生产,降低成 本。化学合成法开发的生物降解塑料的主要有各种脂肪族聚酯,前者 主要品种包括聚己内酯(P CL)、脂肪族聚碳酸酯(二氧化碳和环氧化合 物共聚物或称聚二氧化碳)等。另外,也在开始研究脂肪族聚酯和芳香 族聚酯的共聚酯。脂肪族聚酯当前,聚二氧化碳的合成研究是一个十分热门的环保 课题,这一
25、领域竞争非常激烈。中国从1985年由前期的国家自然科学 基金开始立项研究,至今已近20年,主要的研究单位有中科院广州化 学研究所、长春应用化学研究所、浙江大学、中山大学理工学院等。其中,中科院广州化学研究所主要采用聚合物负载的双金属催化体系(P BM),产品略带黄色,相对分子质量较低。长春应用化学研究所以二 氧六环作溶剂,采用三元混合稀土催化体系(稀土/烷基锌/甘油),得 到了交替结构的产物,二氧化碳固定量接近50%,而且外观呈白色,硬 度较高,催化效率高。浙江大学采用三元稀土催化剂(稀土/烷基铝/甘油),以二氧六环与甲苯作溶剂,得到相对分子质量较高的无规共聚 物,但二氧化碳固定量低。另外,中
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