聚丙烯可降解技术研究及其在非织造布的应用.pdf
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1、版权:中国制浆造纸研究院有限公司(中国造纸协会生活用纸专业委员会)/生活用纸编辑部编辑部电话010-64778181Technique and Equipment 技术与设备67生活用纸20239期聚丙烯可降解技术研究及其在非织造布的应用李楚生 湖北金龙非织造布有限公司一 一次性废弃塑料对环境的影响塑料因其拥有良好的稳定性、可塑性、耐用性,以及轻质便携等优异特性,在人类生产和生活中具有广泛应用,带来了极大方便。但是未经妥善回收处理的大量塑料垃圾进入环境后会对地表水和海洋生态系统、土壤和人类的健康造成严重影响。塑料带来的污染严重,因此可降解塑料在不断研究中,现有的可降解技术集中在PLA、PBAT
2、、PHA材料中,但是这些材料的降解仍存在一些问题。第一是原材料价格很贵,PLA大约在2万元/t,PBAT和PHA大约在4万元/t。第二是这些材料在卫材行业的应用受限,例如用PLA生产的产品手感不及现有材料PP生产的产品手感好。第三是有些可降解材料会产生微塑料,污染环境,而且大部分宣传的可降解材料是需要在工业堆肥的条件下才能降解。针对这些问题,AVGOL团队(以色列AVGOL公司,在中国的工厂为湖北金龙非织造布有限公司)另辟蹊径,研究创新解决方案,即一种生物可降解材料聚烯烃。二 可生物转化PP技术介绍1生物可降解的聚烯烃材料,具有以下几个特点:第一,具有可调节的保质期或休眠期。生物降解包括与空气
3、、紫外线、水分、热和常温环境下的微生物的相互作用。第二,在开放环境下可降解,不需要工业堆肥环境。第三,能够以环境友好的方式转化为生物质能、二氧化碳和水,降解产物安全无污染,解决了产生微塑料和生态毒性问题。第四,针对不同应用场景和要求可以制定特定的解决方案,确保休眠期和生物转化时间达到客户的使用要求。这种聚烯烃的可生物降解技术的思路是引入一个催化剂将 PP 和 PE材料转化为天然存在的生物可利用蜡,微生物很容易同化,而这个催化体系在产品使用周期和休眠期是稳定的,从而保证了材料在保质期内应用性能的要求。只有该材料在开放环境下,接受了超过激活所需的光辐射和氧气暴露剂量之后,才能促发降解,而该材料降解
4、过程比一般材料更快速彻底(见图1)。该材料的一些边料也可以实现回收利用,这对卫材行业来说非常重要,可以维持材料的高利用率,降低成本。与氧化降解不同,利用这一技术降解后不会留下微塑料或有毒物质。如果回收选项可用,通过时间控制过程以实现绝佳使用阶段进行回收。此项技术已通过以EN、ASTM和ISO标准为基础(ASTM D5988/ISO 17556)的国际生物降解标准测试和认证(BSI PAS 9017),还通过了ISO/IEC 17025认证的独立第三方实验室测试。触发点保质期“使用前”催化剂处于休眠状态材料质量标准聚丙烯材料生物基聚乳酸可生物转化聚丙烯降解/分解纤维素,棉涤纶/尼龙 PET/含C
5、iCLO 生物降解剂(有厌氧触发剂)时间图1 不同材料通过生物转化的降解机制对比图图1是各类材料的生物转化的降解机制曲线对比图,横坐标是时间,纵坐标是材料质量,不同颜色的曲线代表不同材料,横坐标时间分为3个部分,分别是保质期(使用前,催化剂处于休眠状态)、触发期和降解期。图中绿色曲线就是Biodegradable PP and Application in Nonwovens版权:中国制浆造纸研究院有限公司(中国造纸协会生活用纸专业委员会)/生活用纸编辑部编辑部电话010-64778181技术与设备 Technique and Equipment 68生活用纸20239期代表可生物转化聚丙烯材
6、料,可以看出保质期衰减速度非常慢,产品有一个绝佳的使用期,而且这个使用期的长短可以根据实际应用的要求进行相对应的调节。在经过触发期之后,降解速率急速增快,质量很快下降,最终降解程度可以达到99%,优势明显。物理完整性100%0%开放陆地环境无微塑料细菌/真菌二氧化碳、矿物质盐微生物量第一阶段储存&使用阶段生物转化成蜡开放环境中微生物把生物可利用的蜡转化第二阶段第三阶段时间图2 可生物降解聚丙烯的生物转化技术生命周期可生物降解聚丙烯的生物转化技术生命周期如图2所示,共分为3个周期。第一步是贮存期,在使用或者贮存期内,生物转化技术没有被激活,这保证了产品在保质期内的性能,这个周期的时间范围是624
7、个月。第二步是触发期,如果材料被置于开放环境,不需要堆肥,生物转化技术就会开始触发转化成蜡,时间范围是35个月。第三步是降解期,蜡将会被自然微生物转化为二氧化碳和水,没有微塑料,最终的残留物不会对土壤造成任何影响,这个周期的时间范围是12个月左右。通常,结晶度越高,分子量越大,塑料越硬。如图3所示,卫材应用的塑料基本分布在图中蓝色区域,蓝色区域不会在自然环境中生物降解,会留下有害的微塑料。绿色区域在自然环境中可完全生物降解,不留下微塑料。因此,可生物降解聚烯烃技术的目的是让塑料转化为绿色部分,即可被生物降解的软蜡。转化为可生物降解的软蜡之后过程如图4所示,通过引入的益生元吸引微生物进而将剩余的
8、这部分蜡完全转化为二氧化碳和水,完全降解后无微塑料残留。性能表1数据为可降解纺粘非织造布与常规纺粘非织造布的物理性能对比。可以看到,可降解纺粘非织造布与常规纺粘非织造布的断裂强力几乎是同一水平,柔软度也是同一水平甚至略好一点。100806040201,0003,0005,00010,00050,0000分子量/Da可生物降解产物油脂l/l液体软蜡硬蜡脆蜡硬塑料软塑料图3 塑料形态转化图结晶度聚合物分子链益生元吸引微生物降解后的分子链水分、光线和空气益生元催化剂活化完全转化为二氧化碳、水,无微塑料残留图4 可生物降解软蜡的生物转化图版权:中国制浆造纸研究院有限公司(中国造纸协会生活用纸专业委员会
9、)/生活用纸编辑部编辑部电话010-64778181Technique and Equipment 技术与设备69生活用纸20239期物理性能单位测试方法可生物降解纺粘布常规纺粘布定量g/m2AVGOL14.6015.30MD强力N/5cmWSP 110.4(05)(Option B)EDANA ERT 20.2-89 29.9526.20MD伸长%63.7067.50CD强力N/5cm19.8418.50CD伸长%62.4774.20透气性L/m2sWSP 70.15,629.175,560厚度mmAVGOL0.160.16MD柔软度gWSP 90.3(05)AHandle-O-Meter7
10、.2810.40CD柔软度g4.425.60Linting花面g/m2WSP 400.0(05)0.240.21Linting光面g/m20.210.28表1 可生物降解纺粘和常规纺粘非织造布性能对比续表表2数据为柔软可降解纺熔(SMS)非织造布、普通可降解纺熔(SMS)非织造布与常规纺熔(SMS)非织造布的物理性能对比,柔软可降解非织造布是做了柔软处理的普通可降解纺熔非织造布,可以看出普通可降解纺熔非织造布与常规纺熔非织造布的断裂强力几乎是同一水平。静水压与常规的纺熔非织造布相比也是同一水平。柔软度和耐磨性也是同一水平甚至略好一点。熔喷法工艺难度更高,很多可降解材料不容易用于熔喷法。这个技术
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