2024-03-21 / 行业新闻

20年!在“老生常谈”的PET发泡材料赛道上闷声儿发力

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塑料自诞生以来的60年间,全球共计生产出83亿吨塑料制品,其中有63亿吨已成为塑料废物,仅仅只有9%被回收利用。料污染,又称白色污染,是指使用聚苯乙烯、聚丙烯、聚录乙烯等高分子化合物制成的包装袋、农用地膜、一次性餐具、塑料瓶等低值塑料制品,其在土地中自然分解至少需要200~500年之久。

据统计,2015~2023年间,塑料产量从3.2亿吨增长至4.3亿吨,预计到2050年产量将增加2倍,届时,全球年人均塑料消费量将达84.37千克。2022年,我国废塑料产量超过6000万吨,其中仅有1800万吨实现了材料化回收利用,材料化回收利用率仅达30%。剩余约70%的大量塑料购物袋、快递袋、外卖餐盒等各种商品塑料包装等低值塑料垃圾,基本都混入了生活垃圾,或被焚烧或被填埋,造成了严重的资源浪费,甚至有的塑料垃圾还会被碎片化,最终进入大气循环,成为塑料污染治理的最大难点和痛点。

图源网络/侵删

聚对苯二甲酸乙二醇酯作为我们日常生活中最常见的塑料之一,简称PET,属于线型聚酯,是一种热塑性塑料,具有耐蠕变、耐摩擦、抗疲劳、机械强度优良、电绝缘性好等诸多性能,因而被广泛应用于包装、电子电器、医疗卫生、建筑、汽车、服装等诸多领域。

近年来,随着PET材料的推广和替代,大幅度降低了土壤污染的程度。但即便如此,PET依然存在很大的安全隐患,如其在70℃左右也会分解出有毒物质和致癌物质,且由于PET其自身亲水性差和表面能较低的原因,严重限制了其应用范围。因此,对PET进行改性,开发可加工性能好的柔性聚酯,拓宽聚酯的应用领域。

 

01

化学回收法制备废旧PET,多功能发泡材料“重获新生”

近几年,由于各国陆续推出减塑、禁塑等相关政策,以及国际主流石化、品牌和包装巨头企业倾力布局等因素推动,关于废塑料的化学回收逐渐成为全球关注的热门话题,而化学循环是实现“塑料垃圾到高品质材料”高值化闭环的主要技术路线

化学回收主要是通过聚合物转化为原料单体、液体燃油或高值化学品,实现高分子材料的循环经济,拥有广阔的应用前景。但是,由于深度解聚至小分子水平目前仍面临反应周期长、溶剂消耗大、反应选择性差、分子产物分离纯化困难等困境。因此,亟需开发高效绿色的高分子化学循环与升级回收技术。

PET的聚合反应机理属于逐步聚合,主要合成路线有酯交换法和直接酯化法两种,反应过程如下图,其中各步反应均为可逆反应,为PET解聚提供了可能。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

图:PET的可逆聚合路线图

图源:知乎@循环再利用化学纤维生产及应用/侵删

PET聚酯解聚是指在溶剂小分子的作用下,将聚酯大分子链断裂成小分子。根据化学试剂的不同,化学讲解法主要包括水解法、醇解法、氨解及胺解法。其中,醇解法研究至今已颇具规模,较成熟的是甲醇醇解法和EG醇解法。

图:PET废旧聚酯化学法解聚方式

图源:知乎@循环再利用化学纤维生产及应用/侵删

甲醇醇解法可分为液体甲醇、蒸汽甲醇和超临界甲醇醇解法三种。特别是超临界技术,利用超临界流体在其临界点上具有高密度和高动能的特性,优点是反应中不采用大量的催化剂,同时还避免了传统甲醇醇解法存在的反应时间长、产物提纯复杂等问题。但是,该技术对设备要求极为严苛,成本也相对较高,相关研究预计,超临界甲醇醇解法至少需要配置规模20000t/a的工业装置才具备一定的经济价值,这也是限制超临界甲醇醇解法规模化应用的原因。

此外,COLNIK等方法使用亚临界水和超临界水对PET废物进行化学回收,温度为250~400℃,反应时间为1~30min,由该实验得出了无色PET废料的收率为90%±0.4%,绿色PET废料的收率为85%±0.2%;同时,从PET废料中最终获得的PTA纯度接近100%。这些数据都为利用超临界技术回收PET废料提供了有力支撑。

02

华润材料:从瓶到瓶循环利用,持续升级PET发泡材料工艺水平

近期,据国家知识产权局公告,华润化学材料科技股份有限公司(以下简称“华润材料”)取得了一项名为“一种再生PET聚酯、再生阻燃PET发泡材料及其制备方法”的专利。

图源:国家知识产权局/侵删

据该专利摘要显示,发明公开了一种再生PET聚酯、再生阻燃PET发泡材料及其制备方法,涉及工程塑料技术领域提供了一种再生PET聚酯,包括以下重量份的组分:回收PET聚酯5-50份、对苯二酸钾40-85份、乙二醇30-45份、催化剂0.01-0.1份、稳定剂0.01-1份、成核剂0.2-4份、抗氧剂0.01-0.5份、支化剂0.02-0.15份;其中,所述支化剂为三苯甲烷三异氰酸酯、硫代磷酸三苯基异氰酸酯、三(4-氨基苯基)胺、均苯四酸二酐、季戊四醇、双酚A二缩水甘油醚、异氰尿酸三缩水甘油酯中的至少两种。

此外,发明还提供了一种包含上述再生PET聚酯和阻燃剂的再生阻燃PET发泡材料,制得发泡材料不仅具有阻燃功能,还能保证材料熔体均匀性,各种性能稳定且制备过程安全、可靠、环保无污染。

此前,另据国家知识产权局公告,华润材料曾申请一项名为“一种耐低温聚酯材料及其制备方法和应用”的专利。此发明提供一种耐低温聚酯材料及其制备方法和应用,通过共聚改性方法将脂肪族聚酯单元无规的插入芳香族PET聚合链当中,使得脂肪族聚酯的降解性能和PET基芳香族聚酯的综合性结合,进一步在分子链段中引入支化剂,可以在材料内部形成局部网状结构、增加材料的耐低温性能。这种网状结构能与脂肪链段性能形成协同作用,两者的存在可以进一步提升材料的耐低温性能。

图源:龙城资本/侵删

华润材料深耕PET发泡材料近20年之久,是行业中生产规模、技术和工艺水平领先的企业之一。近几年,华润材料围绕高性能聚合物、高性能纤维及复合材料等方向展开研究,多项研发项目均在稳步推进。华润材料下设化工新材料研究院,为在新材料领域的发展持续提供技术支持和储备;其聚酯瓶片产品的杂质含量相较于同行业更低,在此基础上研发的新产品处于国内领先水平、多项技术达到国际先进。

华润材料研发的特种聚酯PETG已实现产业化,PET发泡材料、热塑性复合材料等化工新材料也进入了产业化阶段生产的PET发泡材料具有优异的热稳定性、抗疲劳性、热膨胀性,且在力学性能、阻燃、低烟、无毒、环保等方面优势明显,可在风电、轨道交通、建材、船舶等领域广泛应用。

据公开数据显示,2019年我国PET发泡材料消费量约为17万立方米。在风电领域,PET发泡材料比传统PVC泡沫更具明显的替代趋势,全球最大的风电发电设备厂商使用的大部分风电叶片芯材均已采用华润材料自主研发的PET发泡材料。

不仅如此,华润材料长期致力于可持续材料领域的探索,积极探索通过技术创新持续推进PET饮料瓶的有效回收,以回收PET塑料为原料,通过化学回收法生产再生新材料实现废旧PET塑料的高品质循环利用。

2023年12月21日,华润怡宝联合华润化学,在福建省三明市清流县李家小学建成全国首座“低碳再生主题”公益图书馆。该图书馆配备的106件书架、书椅均为含有30%回收PET饮料瓶的新型材料加工制作而成,相当于消耗了近50000个PET饮料瓶。

图源:成都再生资源/侵删

 

03

紧握行业发展浪潮,环保再生聚酯材料“钱”景广阔

随着两会的召开,废塑料循环利用在生产业已被明文列入政府重点工作,各项相关政策与命令被列入计划日程。其中,以再生PET发泡材料占据塑料循环市场的首位,从长周期的发展趋势来看,2023年再生PET瓶片市场运行水平多高于近七年价格平均值。2023年内再生PET瓶片原料供应紧张,下游需求窄幅回暖,加之新料上涨提振再生市场气氛,再生PET市场整体震荡上涨,但因需求恢复不如预期影响,价格上涨幅度受限。

预计在2024年,原料供应偏紧局面延续,市场差异化产品种类增加,再生PET瓶片生产企业对于原料毛瓶的竞争愈发激烈,再生PET瓶片供应紧张不改。

图源网络/侵删

未来,伴随全球环保意识的日益增强和可持续发展理念的深入推进,再生聚酯材料作为一种可循环利用的合成材料,将在2024年迎来更广阔的发展空间和机遇。而我国作为世界上最大的聚酯生产和消费国之一,将在环保再生聚酯材料领域展现更多的创新和进步。

一方面,我国政府一直致力于推动绿色发展和循环经济建设,推出了《塑料污染治理行动计划》等一系列有利政策,对环保再生聚酯材料的需求和支持将进一步增强。

另一方面,技术创新和产业升级将成为环保再生聚酯材料发展的关键推动力。2024年,预计我国将进一步加大对环保再生聚酯材料的研发投入,促进再生材料技术水平的提升,改善再生材料的品质和性能。同时,随着新型再生技术的不断涌现,环保再生聚酯材料将更加实现资源高效利用和循环再生利用,为传统塑料的替代提供更具竞争力的选择。

相关数据显示,国内聚酯总产能超过8000万吨,远超聚乙烯或聚丙烯的国内产能,其较大体量以及下游横跨多个出口品类的属性决定了其同时受到环保、健康、海外绿色贸易壁垒等多重因素的影响,因此PET为代表的再生聚酯行业国内发展前景也最为广阔。

未来,随着生产技术的进步和成本的降低,再生聚酯材料将更广泛地应用于包装、纺织、建筑和家居等领域。这些变化都将更有力促进传统塑料制品向环保再生聚酯制品的转变,实现“减量化、再生化、可持续化”的发展目标。

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