多方位打造低碳塑料

一、什么是低碳塑料？

低碳塑料是指在合成、加工、儲存、運行、使用和廢棄的整個生命過程中排放二氧化碳低的一類塑料材料。其優點是可降低溫室氣體二氧化碳的排放量，有利于降低地球升溫速度，保護地球環境。

在塑料制品的生命周期內，二氧化碳氣體的排放主要來自合成與加工耗能、焚燒和降解兩個過程中，加工中少量的分解可忽略不計。其中合成與加工能耗釋放的二氧化碳占80%，解決辦法靠節能技術和選用再生塑料；焚燒和降解耗釋放的二氧化碳占20%，解決辦法靠減排，具體表現為選用低碳排放塑料，具體如生物塑料、無機填充塑料等。

為了更好地了解低碳塑料，我們將低碳塑料涉及的各個方面制作成表1：

表1：低碳塑料明細表

二、低碳節能塑料

（一）選用節能設備

常見的節能設備如全電動注塑機、伺服注塑機、葉片式加工設備及連續密煉設備等。

1、全電動注塑機

由四個伺服電機和兩個異步電機作原動力，分別驅動鎖模、啟模、調模、頂出、注射、熔膠、注射裝置等機構工作，完成塑料制品注射加工所需的系列動作。工作信號直接反饋給各伺服馬達。其優點如下：

（1）節能效果最佳，比同類型定量泵注塑機節能50%以上。

（2）注射速度快，可有效提高加工效率。

（3）注塑量控制精確，是精密注射首選的設備。

（4）傳動牢固可靠，因使用的是特種重負荷滾珠螺桿驅動模板、注射螺桿、頂針等作往復運動，電能轉換成機械能的損失小。

（5）可以生產復雜形狀制品。各個電機可以同步工作，能滿足某些結構復雜的塑料制品，在閉、啟模時聯動要求。

全電動注塑機的工作原理：在進入注射程序時，只是直接傳動注射螺桿的伺服電機在工作。其余的程序，如鎖模伺服電機因鎖模已完成即停止工作；注射座是異步電機絲套帶動絲桿作往復運動，閉鎖十分牢固也處于靜止狀態；抽芯電機也不動。工藝條件設定后，各程序動作需要時，相關電機才動作，注射時其它程序無需聯動，也就是說，電動注塑機節能原理不受注射工藝條件影響，這是其他節能機型無法做到的，所以它能做到最大限度地節省能源消耗。在制品冷卻和制取工件時，所有電機都停止工作。噪聲低。由于非液壓傳動，設備周圍潔凈度高。

全電動注塑機的缺點為結構較復雜，只能是小機型（不超過500t），并且價格昂貴（與同一公司的普通機比是7至8倍）。

2、伺服液壓注塑機

由伺服電機作原動力匹配高壓內齒輪泵做液壓傳動。工作信號通過伺服控制器傳給伺服電機，由伺服電機轉速的變化，來調節各個工作程序的流量及壓力。

優點：它綜合了伺服及液壓傳動兩種機型的優點，機型可以與普通機器一樣大（目前深圳力勁集團已生產有3200t的機型），能滿足模具抽芯要求。該機型控制系統使用的是壓力閉環加伺服，各個動作的信息反饋精準，液壓控制元件響應速度快，節能效果明顯，比定量泵注塑機節能50%。因使用的是內齒輪泵，噪聲比普通機噪聲低。

缺點：潔凈度、液壓傳動中的壓力損失與普通機型無異。價格高，比普通機型高出3~5倍。

（二）改造原有設備

在電機方面有伺服電機，在加熱系統方面有電磁加熱、遠紅外加熱等技術。

1、電磁加熱技術

電磁加熱技術是通過電磁感應原理使金屬料筒自身發熱，從而加熱料筒內塑膠原料。電磁加熱系統由兩部分組成：電磁控制器和加熱圈。原機受溫度控制的電源經電磁控制器將工頻交流電整流、濾波、逆變成20～40KHZ的高頻高壓電，高速變化的高頻高壓電流流過線圈會產生高速變化的交變磁場，當磁場內的磁力線通過導磁性金屬材料時會在金屬體內產生無數小渦流，使料筒金屬材料本身自行高速發熱，從而達到加熱料筒內的原料。此加熱技術為向物料單向加熱，電磁加熱效率高達95%，料筒外表溫度由幾百度降到幾十度。經過科學測試，加熱時產生的電磁輻射很小，比我們手機還要小幾倍。

優點：熔膠的熱效率高，熱量集中在機筒內部。避免了電阻絲加熱圈熱量向四周散發造成的浪費，使車間環境得到凈化。電磁線圈工作壽命較長，不像電阻絲加熱圈那樣容易損壞。技術改造工程期短，投資收回期不長（九個月）。對機筒部分的節能效果，比改造前節能40%。

缺點：在計量段控制方面，有不靈敏的表現。當熔膠達到工藝溫度時，集聚在計量段的熔料，不需升溫，只要停留的時間稍長一些，塑料就要降解，這對塑料制品質量是極其不利的。升溫比較快，但如果需要降溫就比較慢了。

2、塑料遠紅外加熱技術

此技術的發熱體采用新型的納米板，表面經特殊遠紅外材料做特殊處理后，能夠產生特定波長紅外線，熱效率傳導效率達95%以上，傳熱效率遠高于傳統發熱圈。不僅升溫快，且保溫效果好，對環境溫度影響小，產品性能穩定,節電率高，技術先進，安裝簡易，直接替換原加熱圈即可，無任何電磁輻射嫌疑。

三、低碳排放塑料

按照合成塑料原料的不同，我們可以將塑料分成三類：生物塑料（生物質）、石化塑料（石油、煤或天然氣）和無機塑料（石灰石、鹽、碳酸鈣、滑石粉）。

（一）生物塑料

生物塑料就是以生物質材料制成的一類塑料，生物質材料是指自然界中生長的天然高分子材料，主要包括淀粉、纖維素、蛋白質、木質素及殼聚糖類等。

與石化塑料相比，生物塑料的優點為：

◆低碳排放——因生物質在生長過程中可吸收大量的二氧化碳氣體，具有碳中和作用；只具有相當于石油塑料20%的二氧化碳排放，因此也稱為低碳塑料（是指在加工、使用和廢棄過程中排放二氧化碳低的一類材料，使用低碳塑料可降低溫室氣體二氧化碳的排放量，有利于降低地球升溫速度）。

◆循環再生——生物質材料，年復一年自然生長，取之不盡用之不竭，是目前地球上唯一未被很好利用的豐富資源。

生物質材料因不具有熱塑性而不能直接用于塑料，需要經過適當的方法處理后才可用于塑料。目前已成功開發用生物質材料制造塑料的方法有：生物質材料自身改性、與塑料共混改性、生物發酵合成塑料。

生物塑料的種類很多，按照不同的分類方法可分為如下幾類。

按生物塑料中生物質含量多少進行分類——如果生物塑料全部來自生物質材料，就稱為全部生物塑料，反之則稱為部分生物塑料。

按生物塑料的制造方法不同分類——可以分成天然類和合成類兩大類，具體如表2：    

表2：天然和合成生物塑料分類

按生物塑料是否具體降解性分類——可以分成降解類和非降解兩大類，具體見表3：

表3：降解和非降解生物塑料分類

目前已開發生物塑料品種舉例：

1、部分生物塑料

◆淀粉塑料：用天然生物材料如淀粉或纖維素經不同方法改性制成的生物塑料，其代表品種如PSM等。

◆PTT塑料：美國杜邦公司開發的工程塑料PTT，其中醇類合成單體來自生物質材料，使PTT的生物質含量達到40%左右。

◆PA410：荷蘭帝斯曼工程塑料公司開發出PA410，其中單體癸二酸來自蓖麻油，占PA410的60%。這種塑料可實現100%的碳中和，即PA410生產中產生的二氧化碳與蓖麻油生長過程中吸收的二氧化碳實現平衡。

◆塑木制品   以生物質材料木粉、秸稈粉等與石油基塑料進行共混，制成塑木制品，可以實現大量生物材料的有效利用。目前市場上木塑的主導產品為以PE或PVC為載體兩種，推廣市場前景廣闊。

2、全部生物塑料

◆蛋白質塑料：如我國制成的大豆纖維，已紡織成為服裝面料；再如新西蘭懷卡特大學用動物的蹄、羽毛等制成蛋白質塑料，目前已制成多種塑料制品。

◆1958年，上海賽璐璐公司以蓖麻油為原料，合成出我國唯一獨創的尼龍品種PA1010，到目前為止，一直由中國獨家生產。

◆巴西化工巨頭Braskem公司正在開發一種生物聚乙烯，這種可再生環保聚乙烯塑料以甘蔗乙醇為原料。與傳統石油原料聚乙烯相比，新型塑料生產過程中的二氧化碳排放量較少。 該公司計劃于2011年啟動這種生物塑料的商業化生產，每年生產能力為20萬噸。

◆廣東金發公司開發的PA10T，具有比PA9T更優異的性能。

◆美國加州的生物塑料生產商CereplastInc公司宣布，在2010年底前推出一系列基于全天然藻類的生物塑料樹脂，可與聚丙烯或其它標準樹脂混合，適用于注塑件或熱成型件，將來可以用于擠出用途。藻類生物塑料不以糧食為原料，不會造成與人爭糧食的狀態。

◆以生物材料中的淀粉或纖維素，用生物發酵法合成塑料，代表品種為PHA和PLA，目前為全降解塑料的主導產品。

（二）再生塑料

再生塑料已完成了塑料制品的一個生命周期，因而省去合成能耗環節，具有很高的減排效果。

但并不是所有的廢舊塑料都可以再生，熱固型和已過度交聯的廢舊塑料不能再生。混雜不可分離的塑料、多層復合不可分層的塑料，因相容性不好而難以再生。

1、從原料上看，再生塑料利用的可行性如下：

（1）再生塑料的純潔性

純再生塑料——容易利用

混雜再生塑料——洗機料、填充料、增強料、合金料、阻燃料難以利用

復合再生塑料制品——難以利用

印刷過的再生塑料——少量利用，影響顏色和熱封強度

（2）再生塑料的顏色

透明再生塑料——可以利用

白色、淺色再生塑料——可以利用

（3）再生料是否交聯

熱固性塑料——不能利用

交聯過的塑料——不能利用，如交聯聚乙烯電纜料、發泡料、熱收縮料等

2、從制品上看，再生塑料利用的可行性如下：

透明塑料制品——不能利用再生塑料

白色或淺色塑料制品——少量利用再生塑料

醫學、食品用塑料制品——不能使用再生塑料

性能要求高的塑料制品——不能使用再生塑料

廢舊塑料的再生方法很多：單純再生、共混再生、填充再生、增強再生及發泡再生等。

（三）微孔泡沫塑料

微孔泡沫塑料與普通泡沫塑料的區別在于泡孔尺寸小到0.1-10微米，這樣的尺寸可以保證制品的密度下降30-50%，并可以保證制品的強度及各項性能不下降。采用微孔泡沫塑料，最高可以節省原材料50%左右，也就達到最高50%的二氧化碳減排效果。

（四）無機填充塑料

目前世界上唯一全部用無機材料合成的樹脂為電石法PVC，它用石灰石煅燒生產乙炔，用鹽電解生產氯氣，但因此法生產PVC屬于高能耗，不列入低碳塑料范疇。

本部分所說的無機塑料是指無機材料（如碳酸鈣、滑石粉、玻璃纖維等）與塑料復合的一類無機填充塑料，這類塑料在焚燒或降解處理時，無機材料部分不會產生二氧化碳，并可以吸收大量的有機毒氣，因而屬于低碳塑料。最近開發的無機塑料填充量大大提高，塑料薄膜中最多可以填充60%，塑料片材中最多可以填充70%，注塑制品最多可以填充80%。