Analyse des problèmes et des applications de la technologie des films plastiques biodégradables

Le film plastique est l'un des matériaux les plus importants pour la production agricole.et l'application de la technologie de revêtement par film plastique ont conduit à des améliorations significatives de la productivité agricole et des changements dans les méthodes de production en ChineEn 2014, la quantité totale de film plastique utilisé en Chine a atteint 1,441 million de tonnes, couvrant une superficie de plus de 2000 hectares.Les domaines d'application se sont étendus des régions arides et semi-arides du nord aux hautes montagnes et aux régions froides du sud., et les types de cultures couverts ont également été élargis des cultures économiques aux cultures céréalières en vrac.prévention des maladies et des insectesLa lutte contre les mauvaises herbes a augmenté les rendements des cultures de 20 à 50%, contribuant ainsi de manière significative à assurer la sécurité alimentaire de la Chine.L'application généralisée du revêtement en film plastique a également posé une série de problèmes., tels que la mauvaise technologie et le recyclage, et la "pollution blanche" causée par des films plastiques résiduels.La recherche et le développement de films plastiques biodégradables sont devenus une direction stratégique importante pour le développement de l'industrie et de l'agriculture du plastique.
 
Le concept et les principaux composants du film plastique biodégradable
Le film plastique biodégradable désigne un type de film plastique qui est dégradé par des micro-organismes dans l'environnement naturel. The Japan Biodegradable Plastics Research Technology Committee defines it as "high molecular weight compounds and their blends that can be decomposed into low molecular weight compounds that do not have adverse effects on the environment through microbial action in nature"Selon les principales matières premières, il peut être divisé en films biodégradables à partir de biomasse naturelle et en films biodégradables à partir de matières à base de pétrole.,la cellulose, la chitine, etc. sont modifiées puis synthétisées en matériaux de production de films biodégradables. Starch as the main raw material for plastic film can be divided into starch added incomplete biodegradable plastic film and fully biodegradable plastic film with starch as the main raw material according to the degradation mechanism and damage formLe film biodégradable de type additif est fabriqué en mélangeant des polymères naturels ou synthétiques aux propriétés biodégradables dans du plastique PE, puis en le soufflant avec des compatibilisants, des antioxydants,et aides à la transformationCe n'est pas un film complètement biodégradable. Le film complètement biodégradable produit à partir d'amidon est principalement fermenté pour produire de l'acide lactique, qui est ensuite synthétisé en acide polylactique.Le film est principalement fabriqué à partir d'acide polylactiqueUn autre type important de biomasse naturelle est la fibre, qui peut être utilisée pour produire un film plastique par éthérification, estérification et oxydation de la cellulose en acides, aldéhydes et cétones.Il appartient à une pellicule plastique entièrement biodégradable.Les principaux composants de la production de films biodégradables à base de pétrole sont les copolyesters diacides diols (PBS, PBAT, etc.), les polyhydroxyalkanoates (PHA), la polycaprolactone (PCL), le polyhydroxybutyrate (PHB),Copolymère de polypropylène carbonate (PPC) de dioxyde de carboneCes substances à haute masse moléculaire peuvent être rapidement décomposées et utilisées par les microorganismes dans la nature, et les produits de dégradation finaux sont le dioxyde de carbone et l'eau.
 
La recherche et l'application du film plastique biodégradable Dans les premiers stades du développement du film biodégradable,Le film biodégradable à l'amidon a toujours été au centre de la recherche et du développement.Il a été développé progressivement pour préparer des films en mélangeant 50% d'amidon et de polymère hydrophile.l'amidon est modifié pour produire des plastiques biodégradablesCe type de film plastique présente les avantages d'un procédé simple et d'un coût faible.La plupart des unités nationales de recherche et développement produisent des plastiques à base d'amidon additif, dont la teneur en amidon varie de 10% à 30% dans leurs produits.
 
Au début des années 1980, le Royaume-Uni a découvert une méthode d'extraction et de purification du β-hydroxybutyrate (PHB) et l'a transformé en films minces, produisant ainsi les premiers films dégradables.Le PHB avait une faible résistance aux chocs et une faible résistance à la solubilité.La recherche sur les polyhydroxyalkanoates (PHA) en Chine a commencé dans les années 1980.L'Institut de chimie organique de Shanghai et l'Université de Tianjin ont exploré la synthèse des copolymères de PHB à l'aide de méthodes chimiquesEn raison des défauts inhérents tels que la fragilité, le coût élevé et le prix élevé du PHBV, son application en tant que film plastique est limitée.Les matériaux actuellement développés pour la production de films en plastique biodégradables comprennent principalement l'amidon fermenté en acide lactique, qui est ensuite polymérisé pour former de l'acide polylactique (APL) entièrement biodégradable; Polybutanediol succinate (PBS) formé par la polymérisation de l'acide succinique et du butanediol;Poly (carbonate de propylène) (PPC) obtenu par copolymérisation de dioxyde de carbone et d'épichlorhydrine, et la poly (caprolactone) (PCL) générée par polymérisation de l'ouverture d'anneau de β-caprolactone sous l'action d'un catalyseur.
 
La production de films biodégradables utilisant des fibres naturelles comme matières premières a toujours été un point chaud de la recherche.Bien que ce type de film ne soit pas aussi bon que le film PE ordinaire en termes de fonctions de réchauffement et de rétention d'humidité, il a une bonne perméabilité et respirabilité, et peut supprimer efficacement les mauvaises herbes en changeant de couleur.Plusieurs unités nationales ont mené des recherches et des applications de film de paillage à base de fibre d'herbe et de film de paillage à base de papier, comme le développement du film de paillisage agricole en fibre d'herbe CXW-1 par l'Association internationale chinoise pour la promotion de la science et de la technologie;La première usine de papier de Hubei Zhicheng et le centre scientifique agricole du Xinjiang Hotan ont développé des films de paillage de papier; l'Institut de recherche sur le chanvre de l'Académie chinoise des sciences agricoles a développé un film de chanvre à partir de fibres de chanvre,qui a été largement utilisé dans la culture de semis de riz et la plantation de légumes du sud.
 
L'Europe et le Japon sont les pays et les régions les plus avancés dans la recherche, le développement et l'application de matériaux, de technologies et de films biodégradables dans le monde.Avec l'avancement des matériaux biodégradables et des techniques de traitement, l'application de films biodégradables est de plus en plus répandue, principalement utilisée dans l'horticulture et la production de légumes.la part de marché des films plastiques biodégradables au Japon et en Europe continue d'augmenter, atteignant environ 10%, avec des taux d'application encore plus élevés dans certaines régions.la proportion de films plastiques biodégradables dans la culture des légumes dans la région japonaise de Shikoku a dépassé 20%Depuis 2010, large foreign companies engaged in the research and production of biodegradable film materials have begun to cooperate with relevant scientific research and agricultural technology promotion departments in ChinaIls ont mené des expériences et des démonstrations sur les principales cultures telles que le coton, le maïs, le tabac, les pommes de terre et les légumes dans le Xinjiang au nord-ouest, le Yunnan au sud-ouest,Pékin et Hebei au nord, et du Gansu et de la Mongolie intérieure dans le nord-ouest, couvrant plus de 10 cultures et une superficie de plus de 1333,3 hectares.
 
Ces dernières années, la Chine a réalisé des progrès significatifs dans la recherche et l'application de films en plastique biodégradables,en particulier par l'amélioration de la technologie et des équipements de synthèse des copolyester diacydiol, et les percées dans la technologie des catalyseurs clés dans la synthèse du PLA,qui ont formé des technologies et des procédés de base pour la production de plastiques biodégradables dotés de droits de propriété intellectuelle indépendantsSur cette base, la formule de production et le procédé de fabrication du film plastique biodégradable ont été encore améliorés et perfectionnés.et une capacité de production de 10000 tonnes de films plastiques biodégradables a été forméeDes démonstrations expérimentales ont été réalisées dans des zones locales et des cultures typiques.
 
3 Problèmes et défis du film plastique biodégradable
 
3.1 La résistance à la traction du produit doit être encore améliorée
 
La résistance mécanique du film biodégradable est insuffisante pour une utilisation à grande échelle, ce qui est l'un des facteurs limitant l'application à grande échelle du film biodégradable.En raison des caractéristiques inhérentes des matériaux de base, la résistance à la traction de la plupart des films plastiques biodégradables est insuffisante,rendant impossible la réalisation d'opérations de revêtement mécanisé par film dans certaines zones agricoles où les opérations mécaniques prédominentCe problème est particulièrement important dans le Xinjiang.
 
Ce n'est qu'en améliorant et en affinant la formule de la pellicule plastique, en augmentant sa résistance à la traction et en répondant aux exigences des opérations de machines agricoles,les conditions peuvent-elles être créées pour l'application à grande échelle de films en plastique biodégradables?.
 
3.2 Différences entre la maîtrisabilité de la dégradation et la demande des cultures
Le revêtement en film plastique a de multiples fonctions, en mettant l'accent sur l'augmentation de la température et de la rétention d'humidité, ainsi que sur l'inhibition des mauvaises herbes.il est nécessaire d'assurer le temps de couverture, sinon il ne peut pas répondre aux exigences fonctionnelles des cultures en matière de revêtement par film plastique.il existe encore des problèmes de contrôle de la rupture et de la dégradation de la plupart des films en plastique biodégradablesUn grand nombre de résultats expérimentaux ont montré que les produits de films en plastique biodégradables existants se fissurent et se dégradent trop tôt,et le temps de couverture est bien inférieur à la période de couverture sûre par film plastique pour cultures, ce qui entraîne leur incapacité à fonctionner efficacement.
 
3.3 Les performances de réchauffement et de rétention d'humidité doivent être encore améliorées.
Il existe certaines différences dans les fonctions de réchauffement et de rétention d'humidité de la plupart des films en plastique biodégradable par rapport aux films en plastique PE ordinaires.Il existe une différence significative de température du sol entre un film plastique biodégradable d'une épaisseur de 10 μm et une couverture en plastique PE d'une épaisseur de 8 μmSous réserve de l'absence de couverture de la canopée des cultures, sauf pour le même effet de réchauffement entre 11h00 et 16h00,la température du sol couverte par une pellicule en plastique PE est supérieure à celle de la pellicule en plastique biodégradable à tous les autres momentsLes résultats de l'essai de rétention d'eau réalisé à l'aide d'expériences de simulation ont également montré que le film biodégradable était nettement inférieur au film PE en termes de rétention d'eau.
 
3.4 Restrictions des coûts de production du produit pour une application à grande échelle
Le coût élevé est un autre facteur limitant pour la promotion et l'application à grande échelle de films plastiques biodégradables.le prix de vente du film plastique biodégradable est environ trois fois supérieur à celui du film plastique PE ordinaire, qui est déterminée par de multiples facteurs tels que les propriétés et l'épaisseur des matières premières du film plastique.il est nécessaire de réaliser une production à grande échelle de matières premières et d'améliorer la tarification des produits de dégradation grâce à la formulation; d'autre part, une évaluation exhaustive du coût de l'utilisation de films en plastique devrait être effectuée afin de clarifier la différence de coût entre les films en plastique biodégradable et les films en plastique PE ordinaires,et promouvoir l'application à grande échelle de films plastiques biodégradablesSelon l'enquête et le calcul, le coût total de l'application de films PE ordinaires au Japon comprend le coût d'achat des produits de film et le coût du recyclage et de la transformation,chacune représentant 50%En Chine, les films biodégradables sont utilisés pour la fabrication d'un produit de haute qualité.en raison de la main-d'œuvre relativement bon marché et du manque de recyclage et de transformation d'une grande quantité de films PE ordinaires, le coût élevé de l'utilisation de films biodégradables est mis en évidence.l'amélioration des lois et règlements relatifs au recyclage et à la transformation des films, et l'augmentation des coûts de main-d'œuvre rurale, la différence globale de coûts entre les applications de films PE ordinaires et les applications de films biodégradables deviendra de plus en plus petite,et l'application de films biodégradables aura de bonnes perspectives.
 
4 Principales conclusions et recommandations
Le film plastique biodégradable est l'un des moyens importants de résoudre la pollution résiduelle causée par le film plastique, qui a d'excellents effets et un potentiel énorme dans la production agricole.Il y a beaucoup de problèmes techniques et c'est encore au stade initial.À l'heure actuelle, il est nécessaire de renforcer la recherche sur les matières premières, les formules et les processus de production de films biodégradables, d'améliorer la qualité des produits et de réduire les coûts.en particulier pour développer des films biodégradables spécialisés pour des régions et des cultures spécifiques afin de répondre aux exigences de la diversité de la production agricoleTout en renforçant la recherche sur les produits à base de films en plastique biodégradables,il est nécessaire de mener des recherches sur les technologies et mesures de soutien à l'agriculture fondées sur les besoins de la production agricole et les caractéristiques des produits à base de films en plastique..