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柑橘皮为生物基 PEF 塑料提供了替代途径

发帖时间:2021-08-05 01:09:27

柑橘皮为生物基 PEF 塑料提供了替代途径

   百材号角         发布时间:2021-06-08 12:29:59 塑料 + 关注专题 最新资讯
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VTT 的高级科学家 Sari Rautiainen 提出了一种新的 PEF 塑料循环方法:从柑橘皮到塑料瓶。


柑橘皮为生物基 PEF 塑料提供了替代途径


化石基聚对苯二甲酸乙二醇酯 (PET) 塑料广泛用于包装和塑料瓶等。虽然塑料在食品包装方面有很多好处,但它们也会造成重大的环境问题,如塑料污染和碳排放。


为了解决这些问题,化石基 PET 塑料可以被碳足迹较低的生物基聚呋喃乙烯酯 (PEF) 塑料所取代。然而,这种转变需要新的、有效的方法。VTT 创造了一种从食物垃圾流中生产 PEF 塑料的替代途径。圆形和高产量是这项新技术的主要优势。


我们目前使用、消费和丢弃塑料的习惯给我们的环境带来了巨大的全球挑战和重大破坏。我们需要新的、可持续的解决方案和技术来解决这些问题。


塑料包装是最迫切需要转向更可持续解决方案的领域之一。具有生态意识的消费者和政策制定者都在推动更可持续的包装。欧盟战略的重点是到 2030 年实现包装材料 100% 的可回收性、可重复使用性或可堆肥性。


转向生物基材料


VTT 已将向由可持续原料制成的生物基材料的转变确定为塑料包装循环经济的主要途径之一。目前,大多数塑料包装材料由化石原料制成,这些材料通常不流通。


用可再生原料制成的替代生物基材料代替这些化石基材料可以显着减少包装的碳足迹。这些生物基材料与实现有效回收和增强生物降解性的解决方案一起,可以将包装的循环经济提升到一个新的水平。


柑橘皮为生物基 PEF 塑料提供了替代途径


PEF – PET 塑料的 100% 生物基替代品


已经对制造生物基 PET 塑料的可能性进行了研究,但没有商业上可行的结果。PEF 塑料是 100% 生物基的 PET 塑料替代品,具有增强的特性。


用植物基 PEF 聚合物代替化石基 PET 可以将最终产品的碳足迹降低 50%。PEF 还提供卓越的机械和阻隔性能。当应用于食品包装时,这意味着食品的保质期更长。


传统上,PEF 塑料是使用食用葡萄糖和果糖作为原料制造的。VTT 的新技术提供了一种循环方法:它使用食物垃圾流作为生产 PEF 塑料的原料。


FDCA:PEF 塑料的重要组成部分


PET 塑料在聚酯的生产中使用对苯二甲酸,而 PEF 塑料则用生物基 2,5-呋喃二甲酸 (FDCA) 及其酯类替代它。除了对苯二甲酸外,PET 和 PEF 都需要乙二醇作为第二单体,乙二醇可以由可再生资源生产。


传统上,FDCA 是以食用葡萄糖和果糖为原料,以 5-羟甲基糠醛 (HMF) 作为中间体的两步法生产。首先使用酸催化剂将糖脱水成 5-羟甲基糠醛 (HMF),然后将其进一步氧化成 FDCA。另一种选择是使用甲醇作为脱水溶剂,生产甲氧基甲基糠醛 (MMF) 作为中间体。


这种通用方法存在两个问题。首先,原材料——葡萄糖和果糖——也可用于食品工业。因此,这个过程直接与食物链竞争。这个问题可以通过使用木质纤维素葡萄糖来克服。


第二个问题与 HMF 的不稳定性有关。该中间体在酸性条件下容易进一步反应以产生乙酰丙酸和不溶性腐殖质。由于这种不稳定性,HMF 产量通常保持较低。尽管已做出大量努力来抑制副反应并使分离的 HMF 获得高产率,但 HMF 的固有不稳定性使其成为生物精炼厂的一个具有挑战性的分子。


VTT 通往 FDCA 的新路线


VTT 的化学开发平台为 FDCA 及其酯的生产创造了独特且高效的工艺。这项专利技术克服了与 FDCA 传统生产工艺相关的挑战。


它能够使用含果胶的农业废物流作为原材料,并增强塑料的循环经济。此外,它使用 C6 醛糖酸作为稳定的中间体。稳定的中间体不会进一步反应,这对于获得高产率的 FDCA 至关重要。


这条新路线的第一步是用不与食品行业竞争的可持续原料替代食用葡萄糖和果糖。VTT 的工艺使用食品废物流,如橘皮或甜菜浆作为原料。VTT 的生物技术专家开发了通过氧化半乳糖醛酸(果胶的主要成分)来生产醛糖酸的技术并获得了专利。通过这项技术,未充分利用的废弃碳水化合物可以用作可再生单体的原材料。


PEF塑料


醛糖酸是生产 FDCA 的稳定中间体。该方法的下一步是在丁醇或其他醇溶剂中通过固体酸催化剂使醛糖酸脱水以生产呋喃羧酸盐。使用非均相酸催化剂获得最佳结果,例如二氧化硅负载的磺酸催化剂。在这个过程中产生的 FDCA 单酯和二酯比游离酸形式的 FDCA 更容易加工。


结合 VTT 的果胶生产醛糖酸的专利技术,随后结合醛糖酸生产 FDCA,VTT 可以解决从食物垃圾到 PEF 塑料的整个路线。这种高效的工艺使 FDCA 的产率高达 80 mol%。


适用于高端应用


PET 市场量目前每年超过 3000 万吨。主要应用领域是食品包装、塑料瓶和纺织品。PEF 聚合物可以直接替代这些塑料的原材料,并将最终产品的碳足迹减少 50%。


此外,PEF 是一种高性能塑料,与 PET 塑料相比具有一些改进的品质,主要是优异的阻隔性能。PEF 为氧气、二氧化碳和水提供了数倍于 PET 的屏障。当这种材料用于食品包装时,它可以延长食品的保质期,有助于减少食物浪费。


PEF 是完全可再生和完全可回收的。PEF 瓶可以直接在 PET 流中回收,当这些产品进入市场时,这对消费者很重要。这为行业减少浪费和对环境产生积极影响开辟了可能性。


虽然 PEF 可以直接替代 PET 塑料,但它并不是唯一可以从 FDCA 中受益的材料。FDCA 作为用于聚氨酯和环氧树脂等其他应用的生物基单体也迅速引起了人们的兴趣,其他材料的研究也在继续。


下一步:扩大生产规模


VTT 将这种从食物垃圾中生产 FDCA 的过程引入了试点生产。产量是公斤级的,而且还在扩大规模。VTT 独特的从实验室到试点的放大基础设施确保这项新技术将达到技术就绪水平,使聚合物制造商能够轻松过渡到全面规模。


目前,VTT 正在寻找工业合作伙伴来扩大生产规模。在不久的将来,您可能会购买由橙皮制成的瓶装橙汁。


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