在温和条件下回收聚乳酸

塑料在其整个生命周期中保持高附加值。如果一件塑料物品在其使用寿命结束时被丢弃，那么它的大部分价值就会丧失。

Zeus Industrial Products, Inc.是高度工程聚合物的制造商和处理器，如生物可吸收聚乳酸(PLA)和丙交酯共聚物，满足一系列市场，包括医疗应用。可持续性是宙斯文化的一个重要组成部分，所有企业的企业层面都在逐步考虑生命结束的问题。最近，宙斯研究小组创造了一种独特的技术，可以从可回收的PLA中回收单体，无论是作为清洁的工业废料存在，还是与其他塑料混合在一起。这种解聚技术可以在相对温和的压力和温度条件下有效地进行，并可被视为一种有效的使能技术，以经济有效地处理聚乳酸废料。

聚乳酸作为一种来自可再生资源的生物聚合物，是当今快速发展的商用塑料之一，特别是在包装领域。越来越多的人在寻找符合循环经济原则的经济方法来处理它的寿命结束问题^［1］．在这篇文章中聚乳酸宙斯解聚工艺对混合塑料废物流的潜在应用进行了全面的描述。

客户问题

• 锡催化剂利用率
• 低温/压力
• 循环经济帮助

今日经济中的解放军

聚乳酸(PLA)是一种从植物淀粉(通常是玉米)中获得的塑料。最近，PLA作为低密度聚乙烯(LDPE)、聚苯乙烯(PS)、高密度聚乙烯(HDPE)、尼龙(PA)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等石油基塑料的替代品已被越来越多的人接受。这种增长的部分原因是生产效率的提高降低了成本，聚合物性能的提高使聚乳酸成为许多包装应用的理想材料，以及消费者希望利用可再生资源的材料欧洲杯足球竞彩^［2］．

从快餐的蛤壳到生物可吸收的医疗设备，所有的东西都可以用聚乳酸制成，大大减少了这些行业的碳足迹。随着社会对可持续发展和循环经济的重视，对解放军的需求也在增加。PLA的全球生产能力预计到2022年将增加50%，达到25万公吨以上，大部分生产将用于包装应用^［3］．

先例

科学家估计，一个PLA瓶子在垃圾填埋场可能需要100到1000年的时间来分解。

聚乳酸的循环再造方案

预计在未来五年内，聚乳酸在消费者中应用的增长意味着在消费后的废物流中树脂的存在将增加。表1说明了在PLA的使用寿命结束后可回收其附加价值的替代方案。在为PLA选择寿命结束策略之前，有一些关键的考虑因素需要考虑^［4］．

尽管聚乳酸可以生物降解，但它在环境中降解的速度非常慢。在垃圾填埋场中，由于填埋场紧密地堆积在一起，并且设计成排除氧气和光线，降解过程要慢得多。专家估计，一个PLA瓶子在垃圾填埋场可能需要近100到1000年的时间来分解^［5］．

解放军最终可能分解成各个组成部分(二氧化碳和水)在“受控堆肥环境”中，即在加热到140华氏度的工业堆肥设施中，喂养稳定的消化微生物流。

不幸的是，全美只有几百家工业级堆肥设施。

焚烧可以恢复聚合物的燃料价值，而传统方法则可以(或机械)再循环利用将原料再加工成一种性质和价值都低于原原料的物品。PLA作为混合消费后废塑料流中的污染物，因为与回收流的其他成分相比，它在再处理过程中有热降解的趋势(如尼龙、聚烯烃和芳香族聚酯)．因此，在机械回收之前，必须使用昂贵的技术将其去除。

利用化学循环，聚合物可以分解成单体或低聚体(单体短链)然后可以回收、再加工和出售。回收的单体可以直接重新聚合成原来的聚合物，从而闭合回路。

表1总结了目前可用的塑料寿命终止回收方案。

表1。塑料的报废价值回收选项

临终的选项	资源回收	价值
用垃圾填	没有一个	-
堆肥	生物质	+
焚烧	热能	+
传统的回收	用于重复使用或再形成的聚合物	++
化学回收	成分的化学物质	+++

总结

使用回收的聚乳酸可以腾出农田来生产玉米或其他供人类或牲畜食用的作物。

聚乳酸的化学回收

资本设备和能源方面的资源是执行化学循环过程所必需的。2020欧洲杯下注官网许多司法管辖区也将提供政府激励措施。为了使聚合物的化学回收可行，资源成本应与从原材料中生产低聚体或单体的成本相当或更低。欧洲杯足球竞彩每生产一磅PLA，就需要2.5磅玉米^［6］．因此，从废物来源获得单体的动力是肯定存在的。利用回收的聚乳酸作为单体来源的另一个好处是腾出农田来种植其他类型的作物，包括玉米，供牲畜或人类食用。

有许多方法可用于聚乳酸的水解或醇解解聚的化学回收^{[7, 8, 9, 10]}．然而，这些过程往往是高温的，能源密集型的。最近，已经公开了利用温度低至80°C的工艺^{[11, 12, 13, 14]}，从而提高了化学品回收的经济性。Zeus工艺通过使用聚乳酸/溶剂/反应物的混溶体系，以非常高效、环保的方式在更低的温度下回收单体，进一步提高了聚乳酸解聚工艺的经济可行性。

宙斯废聚乳酸的解聚过程

a中的单元操作的一种可能配置如下图所示解聚过程处理混合塑料消费后的垃圾流，其中包括废弃的PLA，根据宙斯流程。

解聚过程的示意图如图1所示。

在初步的洗涤步骤之后，混合的塑料流使用标准的技术，如研磨机和碎纸机来缩小尺寸，使薄片大小的颗粒易于分离。

不同塑料的分离可以通过多种方法完成，包括红外技术、静电分离以及浮选。最后一项技术很容易分离聚烯烃(比重在1以下)从聚酯和尼龙。这个过程的关键部分是将生物可降解塑料(如聚乳酸)和可再加工塑料(如PET)分开。在混合的聚酯流中，这种分裂可以通过与类似氯仿的溶剂接触来实现，以溶解聚乳酸成分。未溶解的PET可以被干燥并送去进行额外的处理。

聚乳酸溶液暴露于醇解(与醇反应)。高分子量聚乳酸可溶于氯仿中，按重量约15%。然后将酒精列入化学计量过剩，以适应解聚反应。只要PLA保持溶解状态，剪切反应就可以发生，而不受反应物向聚合物的界面迁移的限制。可以将温度提高到刚好低于混合物中最低沸点组分的沸点，以加速反应，而不需要高压设备。2020欧洲杯下注官网在这些温和的温度条件下，锡催化剂的加入显著地提高了反应动力学。

由于解聚过程是在低温和常压下进行的，因此可以使用一系列的反应器。塞流反应器或连续搅拌槽反应器是较常见的反应器类型。搅拌槽式反应器可以串联使用，通过增加后续容器中的酒精浓度，有利于驱动对单体的反应，同时保持低聚物的溶解度，从而提高过程效率。

从所得单体中分离出醇和溶剂也很容易。对于氯仿/甲醇/乳酸甲酯体系，各组分的沸点变化(氯仿61°C，甲醇65°C，乳酸甲酯154°C)使蒸馏成为从产品中消除反应物和溶剂的理想的适宜过程。THF/水/乳酸体系也是如此(THF 66°C，水100°C，乳酸122°C)．在每种情况下，溶剂可以再冷凝并返回到接触槽，而未反应的甲醇或水可以与新鲜的反应物混合并返回到反应器容器。

PLA在四氢呋喃或甲醇中的溶解度可以通过将混合物加热到刚好低于各自溶剂的沸点而显著提高。然后在反应温度下将各自的反应物加入聚乳酸溶液中。

在略低于60°C和大气压的实验中，PLA在各溶液中分子量在数小时内下降明显。通过测定不同反应条件下的固有粘度来推断解聚程度。尺寸排阻色谱法用于确定在指定反应条件下分子量分布的变化。随着反应的进行，多分散性基本保持不变，说明单相体系的主要机制是无序的断链^［１５］．用气相色谱法确定了聚乳酸/氯仿/甲醇体系中存在大量的乳酸甲酯单体。

由此得到的单体，无论是乳酸还是乳酸甲酯，都可以用于再次合成聚乳酸。有许多已证实的方法将这些单体转化为聚乳酸，包括共沸脱水缩聚、缩聚，或多步骤合成高分子量聚乳酸^(16、17)．该多步过程将单体聚合成低分子量聚乳酸，也称为预聚合物，然后解聚生成丙交酯。

在预聚合步骤之前，不需要将乳酸甲酯转化为乳酸^[1８]．丙交酯经历开环聚合，通常在锡催化剂的存在下，生产高分子量的聚乳酸树脂。另一种方法是，用扩链剂将预聚物连接在一起，生成更高分子量的聚乳酸^［16］．首选的反应路线取决于最终应用所需的PLA特性。将单体重新引入PLA生命周期结束了生命周期。

下面的表2概述了两种三元体系，可用于将高分子量聚乳酸解聚成乳酸或乳酸甲酯单体。

表2。聚乳酸解聚过程适用系统的例子

聚合物	溶剂	反应物	催化剂	单体
中国人民解放军	氯仿	甲醇	(2)锡辛酸酯	乳酸甲酯
中国人民解放军	四氢呋喃	水	(2)锡辛酸酯	乳酸

结论

这个过程是多种多样的。商业级和医用级聚乳酸树脂都可以解聚。

宙斯解聚过程的好处

关键好处

• 具有成本效益的
• 容易实现
• 支持可持续发展

低温的解决方案聚乳酸的解聚工艺本文定义的许多优点将使其成为添加到工业回收操作的理想方法。

该工艺操作简单，操作经济。无需高压容器，因此投资成本低。反应堆不需要高温，因此运行费用很低。接触罐和反应器可以简单地添加到当前的消费后处理设施。在温和的条件下，该催化剂可显著改善解聚反应，并可用于后续的聚合反应。

这个过程是多种多样的。医用和商用树脂都可以解聚。在反应过程中可以严格控制PDI，从而获得重要的中间产物，如低聚物。这些可以作为绿色溶剂和涂料，或用于制药。另外，可以通过与过量的甲醇或水刺激解聚反应得到各种单体，分别得到乳酸甲酯或乳酸。该工艺对混合废液中的其他聚合物不敏感，但可以有效地去除废液中的一个困难成分。

可持续发展倡议得到该进程的支持。利用废弃的聚乳酸生产乳酸(目前是一种玉米衍生产品)，将这种有价值的作物解放出来，用于牲畜饲料、食品和乙醇生产等其他市场。该工艺也可用于生产高纯度、高分子量的医用级聚合物丙交酯。

这个过程符合循环经济的精神。废物生物聚合物的固有价值通常被回收。过量的溶剂和反应物都可以很容易地回收并在闭环过程中重复使用。

参考文献

1. https://www.ellenmacarthurfoundation.org/circular-economy， 2017
2. M. Dusselier, P. Van Wouwe, A. Dewaele, P. A. Jacobs, B. F. Sels，“生物塑料生产中的形状选择性沸石催化”，科学，349，第6243期(2015)，78-80。欧洲杯线上买球
3. 生物塑料市场数据报告2017，http://docs.european-bioplastics.org/publications/ market_data / 2017 /, 2017年。
4. L. West，“PLA的利弊:基于玉米的塑料”，ThoughtCo, 2017年10月30日，http://thoughtco.com/pros-cons-corn-based-plastic-pla-1203953．
5. J.A. Micales和K.E. Skog，“垃圾填埋场中森林产品的分解”，实习生。生物降解，39(1997)，145-158。
6. C. Kingsland, PLA:批判性分析，莫霍克学院，2010。
7. K.K. Bhatia, US5136057, 1992。
8. 贝利斯阁下，US5278256, 1994。
9. k .中村US7985778, 2011年。
10. V. thamkol, N. Kaabbuathong, J. Junkasem, T. Thanpitcha, P. Lorjai, C. Katepetch, WO2015112098A1, 2015。
11. P. Coszach, J.C. Bogaert, J. Willocq, US8481675, 2013。
12. P. Coszach, J.C. Bogaert, J. Willocq, US8431683, 2013。
13. P. Coszach, J. Willocq, US8614338, 2013
14. 斯里尼维桑，D. Grewell，美国，2014。
15. B. Anneaux, J. Campanelli, E. Foley，“PLA的低温溶液解聚”，将于2018年5月2-5日奥兰多ANTEC 2018年会上发表。
16. D. Garlotta，“聚乳酸的文献综述”，高分子与环境学报，9(2001)，63-84。
17. S. Inkinen, M. Hakkarainen, A. Albertsson, A. Södergård，“从乳酸到聚乳酸(PLA): PLA及其前体的表征和分析”，生物大分子，12(2011)，523-532。
18. P. Upare, Y. huang, J. Chang, D. Hwang，“Synthesis of丙交酯from Alkyl Lactate by Prepolymer”，工业工程。化学。引用本文:王志强，王志强，王志强。

此信息已从Zeus Industrial Products, Inc.提供的材料中获取、审查和改编。欧洲杯足球竞彩

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