Phân tích các vấn đề và ứng dụng trong công nghệ màng nhựa phân hủy sinh học

Vải nhựa là một trong những vật liệu quan trọng cho sản xuất nông nghiệp,và ứng dụng công nghệ phủ phim nhựa đã thúc đẩy cải thiện đáng kể năng suất nông nghiệp và thay đổi phương pháp sản xuất ở Trung QuốcTrong năm 2014, tổng lượng phim nhựa được sử dụng ở Trung Quốc đạt 1,441 triệu tấn, bao phủ diện tích hơn 2000 ha.Các khu vực ứng dụng đã mở rộng từ các khu vực khô và bán khô ở phía bắc đến các vùng núi cao và vùng lạnh ở phía nam, và các loại cây trồng được bao gồm cũng đã mở rộng từ cây trồng kinh tế sang cây trồng ngũ cốc lớn.phòng ngừa bệnh tật và côn trùng, và đàn áp cỏ dại, đã làm tăng năng suất cây trồng từ 20% đến 50%, đóng góp đáng kể vào việc đảm bảo an ninh lương thực của Trung Quốc.việc áp dụng rộng rãi các lớp phủ phim nhựa cũng đã mang lại một loạt các vấn đề, chẳng hạn như công nghệ kém và tái chế, và "lạm nhiễm trắng" gây ra bởi phim nhựa còn lại.Nghiên cứu và phát triển phim nhựa phân hủy sinh học đã trở thành một hướng chiến lược quan trọng cho sự phát triển của ngành công nghiệp nhựa và nông nghiệp.
 
Khái niệm và các thành phần chính của phim nhựa phân hủy sinh học
Phim nhựa phân hủy sinh học đề cập đến một loại phim nhựa bị phân hủy bởi vi sinh vật trong môi trường tự nhiên. 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"Theo nguyên liệu chính, nó có thể được chia thành các phim phân hủy sinh học được làm từ sinh khối tự nhiên và các phim phân hủy sinh học được làm từ các vật liệu dựa trên dầu mỏ.,cellulose, chitin, vv được sửa đổi và sau đó tổng hợp thành các vật liệu sản xuất phim phân hủy sinh học. 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 formBộ phim phân hủy sinh học loại phụ gia được tạo ra bằng cách trộn các polyme tự nhiên hoặc tổng hợp có tính chất phân hủy sinh học vào nhựa PE và sau đó thổi nó với chất tương thích, chất chống oxy hóa,và hỗ trợ chế biếnNó không phải là một bộ phim hoàn toàn phân hủy sinh học. Bộ phim phân hủy sinh học hoàn toàn được sản xuất từ tinh bột chủ yếu được lên men để tạo ra axit lactic, sau đó được tổng hợp thành axit polylactic.Bộ phim chủ yếu được sản xuất từ axit polylacticMột loại sinh khối tự nhiên quan trọng khác là sợi, có thể được sử dụng để sản xuất phim nhựa bằng cách etherification, esterification và oxy hóa cellulose thành axit, aldehyd và ketone.Nó thuộc về phim nhựa phân hủy hoàn toànCác thành phần chính của sản xuất phim phân hủy sinh học dựa trên dầu mỏ là copolyesters diacid diol (PBS, PBAT, vv), polyhydroxyalkanoates (PHA), polycaprolactone (PCL), polyhydroxybutyrate (PHB),Polypropylene carbonate (PPC) đồng polymer carbon dioxideCác chất trọng lượng phân tử cao này có thể nhanh chóng phân hủy và được sử dụng bởi vi sinh vật trong tự nhiên, và các sản phẩm phân hủy cuối cùng là carbon dioxide và nước.
 
Nghiên cứu và ứng dụng phim nhựa phân hủy sinh học Trong giai đoạn đầu phát triển phim phân hủy sinh học,phim phân hủy sinh học thêm tinh bột luôn là trọng tâm nghiên cứu và phát triểnTừ ban đầu chuẩn bị phim bằng cách trộn 6% ~ 20% tinh bột và polymer olefins, nó dần dần phát triển để chuẩn bị phim bằng cách trộn 50% tinh bột và polymer hydrophilic.tinh bột được sửa đổi để sản xuất nhựa phân hủy sinh học, sau đó được sử dụng để sản xuất phim nhựa.Hầu hết các đơn vị nghiên cứu và phát triển trong nước sản xuất nhựa tinh bột phụ gia, với hàm lượng tinh bột dao động từ 10% đến 30% trong các sản phẩm của họ.
 
Vào đầu những năm 1980, Vương quốc Anh đã phát hiện ra một phương pháp chiết xuất và tinh chế β-hydroxybutyrate (PHB) và làm cho nó thành các tấm mỏng, tạo ra các tấm mỏng đầu tiên.PHB có độ bền va chạm và khả năng hòa tan kémNghiên cứu về polyhydroxyalkanoates (PHA) ở Trung Quốc bắt đầu vào những năm 1980.Viện Hóa học hữu cơ Thượng Hải và Đại học Thiên Tân đã khám phá tổng hợp các đồng polymer PHB bằng các phương pháp hóa học, và một số người bắt đầu sử dụng lá hoặc rễ thực vật để sản xuất PHBV. Do các khiếm khuyết vốn có như độ mong manh, chi phí cao và giá cao của PHBV, ứng dụng của nó như là màng nhựa bị hạn chế.Các vật liệu hiện đang được phát triển để sản xuất các tấm nhựa phân hủy sinh học chủ yếu bao gồm tinh bột lên men thành axit lactic, sau đó được phân phối thành axit polylactic (PLA) có khả năng phân hủy hoàn toàn; Polybutanediol succinate (PBS) được hình thành bằng cách phân phối axit succinic và butanediol;Poly (propylen carbonate) (PPC) được tạo ra bằng cách đồng phân phối carbon dioxide và epichlorohydrin, và poly (caprolactone) (PCL) được tạo ra bởi polymerization mở vòng của β - caprolactone dưới tác dụng của chất xúc tác.
 
Sản xuất phim phân hủy sinh học sử dụng sợi tự nhiên làm nguyên liệu đã luôn là một điểm nóng nghiên cứu.Mặc dù loại phim này không tốt như phim PE thông thường về chức năng giữ nhiệt và độ ẩm, nó có khả năng thấm và thở tốt, và có thể ngăn chặn cỏ dại hiệu quả bằng cách thay đổi màu sắc.Một số đơn vị trong nước đã tiến hành nghiên cứu và áp dụng phim mulching sợi cỏ và phim mulching dựa trên giấy, chẳng hạn như sự phát triển của phim mulching nông nghiệp bằng sợi cỏ CXW-1 của Hiệp hội Quốc tế Trung Quốc về Thúc đẩy Khoa học và Công nghệ;Nhà máy giấy đầu tiên Hubei Zhicheng và Trung tâm Khoa học Nông nghiệp Hotan Tân Cương đã phát triển các loại phim bọc giấy; Viện nghiên cứu cây gai dầu của Học viện Khoa học Nông nghiệp Trung Quốc đã phát triển phim gai dầu bằng sợi gai dầu,được sử dụng rộng rãi trong trồng cây trồng gạo và trồng rau ở miền Nam.
 
Châu Âu và Nhật Bản là các quốc gia và khu vực tiên tiến nhất trong nghiên cứu, phát triển và áp dụng vật liệu, công nghệ và phim phân hủy sinh học trên toàn thế giới.Với sự tiến bộ của vật liệu phân hủy sinh học và kỹ thuật chế biến, ứng dụng của phim phân hủy sinh học đang ngày càng phổ biến, chủ yếu được sử dụng trong nông nghiệp và sản xuất rau.thị phần của phim nhựa phân hủy sinh học ở Nhật Bản và châu Âu tiếp tục tăng, đạt khoảng 10%, với tỷ lệ áp dụng thậm chí cao hơn ở một số khu vực.tỷ lệ màng nhựa phân hủy sinh học trong trồng rau ở khu vực Shikoku của Nhật Bản đã vượt quá 20%Từ năm 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 ChinaHọ đã tiến hành các thí nghiệm và trình diễn trên các loại cây trồng chính như bông, ngô, thuốc lá, khoai tây và rau quả ở Tân Cương ở phía tây bắc, Yunnan ở phía tây nam,Bắc Kinh và Hebei ở phía bắc, và Gansu và Inner Mongolia ở phía tây bắc, bao gồm hơn 10 cây trồng và diện tích hơn 1333,3 ha.
 
Trong những năm gần đây, Trung Quốc đã đạt được tiến bộ đáng kể trong nghiên cứu và ứng dụng các tấm nhựa phân hủy sinh học,đặc biệt là thông qua việc cải thiện công nghệ tổng hợp và thiết bị cho diacid diol copolyesters, và đột phá trong công nghệ xúc tác chính trong tổng hợp PLA,đã hình thành các công nghệ và quy trình cốt lõi để sản xuất nhựa phân hủy sinh học với các quyền sở hữu trí tuệ độc lậpTrên cơ sở này, công thức sản xuất và quy trình phim nhựa phân hủy sinh học đã được cải thiện và hoàn thiện hơn nữa,và một năng lực sản xuất 10000 tấn phim nhựa phân hủy sinh học đã được hình thànhCác thí nghiệm đã được thực hiện tại các khu vực địa phương và các loại cây trồng điển hình.
 
3 Vấn đề và thách thức của phim nhựa phân hủy sinh học
 
3.1 Độ bền kéo của sản phẩm cần được cải thiện thêm
 
Độ bền cơ học của phim phân hủy sinh học là không đủ cho hoạt động quy mô lớn, đó là một trong những yếu tố hạn chế cho việc áp dụng phim phân hủy sinh học quy mô lớn.Do các đặc điểm vốn có của các vật liệu cơ bản, độ bền kéo của hầu hết các tấm nhựa phân hủy sinh học là không đủ,làm cho không thể thực hiện các hoạt động bao phủ phim cơ khí trong một số khu vực nông nghiệp nơi các hoạt động cơ khí chiếm ưu thếVấn đề này đặc biệt nổi bật ở Tân Cương.
 
Chỉ bằng cách cải thiện và tinh chỉnh công thức của phim nhựa, tăng cường độ bền kéo của nó và đáp ứng các yêu cầu của các hoạt động máy nông nghiệp,Có thể tạo điều kiện cho việc áp dụng phim nhựa phân hủy sinh học trên quy mô lớn không?.
 
3.2 Sự khác biệt trong khả năng kiểm soát sự xuống cấp và nhu cầu cây trồng
Vỏ phim nhựa có nhiều chức năng, tập trung vào việc tăng nhiệt độ và giữ độ ẩm, cũng như ức chế cỏ dại.cần thiết để đảm bảo thời gian bảo hiểm, nếu không nó không thể đáp ứng các yêu cầu chức năng của cây trồng để bao phủ bằng màng nhựa.vẫn có vấn đề với khả năng kiểm soát sự vỡ và phân hủy của hầu hết các tấm nhựa phân hủy sinh họcMột số lượng lớn các kết quả thí nghiệm đã chỉ ra rằng các sản phẩm nhựa có thể phân hủy sinh học hiện có bị vỡ và phân hủy quá sớm.và thời gian bao phủ thấp hơn nhiều so với thời gian an toàn của lớp phủ nhựa cây trồng, dẫn đến việc họ không thể hoạt động hiệu quả.
 
3.3 Hiệu suất giữ nhiệt và độ ẩm cần được tăng cường hơn nữa
Có một số khác biệt trong chức năng giữ nhiệt và giữ độ ẩm của hầu hết các tấm nhựa phân hủy sinh học so với các tấm nhựa PE thông thường.Có sự khác biệt đáng kể về nhiệt độ đất giữa màng nhựa phân hủy sinh học dày 10 μm và lớp phủ nhựa PE dày 8 μmTrong điều kiện không có mái che cây trồng, ngoại trừ hiệu ứng nóng tương tự giữa 11:00 AM và 4:00 PM,nhiệt độ đất được bao phủ bởi màng nhựa PE cao hơn nhiệt độ được bao phủ bởi màng nhựa phân hủy sinh học ở tất cả các thời điểm khácKết quả của thử nghiệm giữ nước được thực hiện bằng các thí nghiệm mô phỏng cũng cho thấy mà phim phân hủy sinh học kém đáng kể so với phim PE về giữ nước.
 
3.4 Hạn chế chi phí sản xuất sản phẩm cho ứng dụng quy mô lớn
Chi phí cao là một yếu tố hạn chế khác cho việc quảng bá và áp dụng phim nhựa phân hủy sinh học quy mô lớn.Giá bán của phim nhựa phân hủy sinh học là khoảng ba lần so với phim nhựa PE thông thường, được xác định bởi nhiều yếu tố như tính chất và độ dày của nguyên liệu nhựa.cần phải đạt được sản xuất nguyên liệu thô quy mô lớn và cải thiện giá của các sản phẩm phân hủy thông qua công thứcMặt khác, một đánh giá toàn diện về chi phí sử dụng phim nhựa nên được thực hiện để làm rõ sự khác biệt về chi phí giữa phim nhựa phân hủy sinh học và phim nhựa PE thông thường,và thúc đẩy ứng dụng quy mô lớn của phim nhựa phân hủy sinh họcTheo cuộc điều tra và tính toán, tổng chi phí áp dụng phim PE thông thường ở Nhật Bản bao gồm chi phí mua các sản phẩm phim và chi phí tái chế và chế biến,mỗi người chiếm 50%, trong khi việc áp dụng phim phân hủy sinh học không có chi phí tái chế và chế biến.do lực lượng lao động tương đối rẻ và thiếu tái chế và chế biến một lượng lớn phim PE thông thường, chi phí cao của việc sử dụng phim phân hủy sinh học được nhấn mạnh.cải thiện luật và quy định về tái chế và chế biến phim, và sự gia tăng chi phí lao động nông thôn, sự khác biệt chi phí toàn diện giữa các ứng dụng phim PE thông thường và các ứng dụng phim phân hủy sinh học sẽ ngày càng nhỏ hơn,và ứng dụng phim phân hủy sinh học sẽ có triển vọng tốt.
 
4 Kết luận và khuyến nghị chính
Bộ phim nhựa phân hủy sinh học là một trong những cách quan trọng để giải quyết ô nhiễm dư thừa do phim nhựa gây ra, có hiệu quả tuyệt vời và tiềm năng rất lớn trong sản xuất nông nghiệp.có rất nhiều vấn đề kỹ thuật và nó vẫn còn trong giai đoạn ban đầuHiện tại, cần phải tăng cường nghiên cứu về nguyên liệu thô, công thức và quy trình sản xuất phim phân hủy sinh học, cải thiện chất lượng sản phẩm và giảm chi phí,đặc biệt là phát triển các sản phẩm phim phân hủy sinh học chuyên dụng cho các khu vực và cây trồng cụ thể để đáp ứng các yêu cầu về đa dạng sản xuất nông nghiệpTrong khi tăng cường nghiên cứu về các sản phẩm phim nhựa phân hủy sinh học,cần phải tiến hành nghiên cứu về hỗ trợ các công nghệ và biện pháp nông nghiệp dựa trên nhu cầu sản xuất nông nghiệp và đặc điểm của các sản phẩm nhựa.