PBAT是一種完全可生物降解的塑料,。本文主要介紹其制備方法和兩種生產(chǎn)工藝,。目前，PBAT用于超市購物袋,，外賣餐盒,，農(nóng)用覆蓋物等領(lǐng)域。隨著塑料限價(jià)單的推出和綠色消費(fèi)市場(chǎng)的擴(kuò)大,，PBAT作為一種環(huán)保材料具有良好的發(fā)展前景,。

01 認(rèn)識(shí) PBAT

PBAT全名為聚己二酸/對(duì)苯二甲酸丁二醇酯，即英文Poly (butyleneadipate-co-terephthalate)的簡(jiǎn)寫,，即其化學(xué)結(jié)構(gòu)式為：

從化學(xué)結(jié)構(gòu)來看,，PBAT是己二酸丁二酯（BT）和對(duì)苯二甲酸丁二酯（BT）的共聚物。它具有PBA（聚己二酸丁二酯）和PBT（聚對(duì)苯二甲酸丁二酯）的特征,。它既具有良好的機(jī)械性能,，又具有高延展性和斷裂伸長率。它還具有出色的生物降解性,，是一種完全可生物降解的塑料,。

02 認(rèn)識(shí)生物降解塑料

生物可降解塑料是在自然條件下（例如土壤和沙子）以及微生物（例如細(xì)菌/霉菌/藻類等）降解為小分子或低分子化合物（例如二氧化碳和水）的塑料?？山到馑芰现饕譃楣饨到馑芰?，生物降解塑料和光生物降解塑料。光降解塑料需要足夠的光才能降解,，這給生產(chǎn)帶來了極大的限制,，因此光降解塑料的推廣效果不佳。

可生物降解的塑料有數(shù)十種,，可以大量生產(chǎn)和工業(yè)化的品種有：通過微生物發(fā)酵合成的多羥基脂肪酸酯,，化學(xué)合成的聚乳酸（PLA），聚己內(nèi)酯,，二醇二羧酸酯,，脂族聚酯（PBS）,， 脂族/芳族共聚酯，CO2 /環(huán)氧化合物共聚物（APC）,，聚乙烯醇（PVA）等,，天然聚合物淀粉基塑料及其可生物降解的塑料混合物材料，塑料合金等

03 PBAT 的制備方法

以己二酸(AA),、對(duì)苯二甲酸(PTA),、丁二醇(BDO)為單體，按照一定比例合成聚己二酸/對(duì)苯二甲酸丁二醇酯,，工藝過程中重點(diǎn)在于嚴(yán)格控制反應(yīng)的酯化方式,、酯化時(shí)間、縮聚溫度,、穩(wěn)定劑等,。

這些關(guān)鍵因素能夠直接影響合成過程，最終影響產(chǎn)品的性能,。為確保制備出良好的PBAT樹脂,，所需的最佳工藝條件為：共酯化反應(yīng)方式，酯化時(shí)間為185 min,，縮聚溫度248～250 ℃,，穩(wěn)定劑添加量70 μg/g。

04 PBAT 的制備工藝

PBAT的制備有三種酯化方式：共酯化,、分酯化和串聯(lián)酯化,。制備流程圖及主要工藝參數(shù)如下圖1、圖2,、圖3所示。

05 PBAT 的生產(chǎn)工藝

第一種工藝

揚(yáng)州普立特科技發(fā)展有限公司最新成功開發(fā)出一種全連續(xù)PBAT的生產(chǎn)工藝,，其流程圖如下圖所示,。

第二種工藝

惠通公司與國內(nèi)知名科研機(jī)構(gòu)共同開發(fā)，結(jié)合PBAT的特點(diǎn),，成功開發(fā)出直接連續(xù)酯化法生產(chǎn)工藝,，流程簡(jiǎn)圖如下：

操作特點(diǎn)：

（1）為了減少BDO副反應(yīng)的發(fā)生，減少THF的產(chǎn)生并減少原料的消耗,，整個(gè)酯化反應(yīng)均在真空條件下進(jìn)行,，這降低了酯化反應(yīng)的溫度并降低了能量 消費(fèi)。

  （2）由于原料活性低,，使用了高性能的催化劑,；由于催化劑易于水解和失活，將傳統(tǒng)的在催化劑液面上方添加的方法改為在液面下方添加的方法,，解決了上述問題,。

  （3）在縮聚過程中,，生成的低聚物很容易與真空氣相管線一起帶入噴霧系統(tǒng)，從而導(dǎo)致系統(tǒng)堵塞,。為此,，在氣相管線上安裝了旋風(fēng)分離收集系統(tǒng)，生成的低聚物由旋風(fēng)分離器收集和捕獲,，尾氣進(jìn)入BDO噴霧循環(huán)系統(tǒng),。

  （4）盡管可以在酯化反應(yīng)期間降低副反應(yīng)的程度，但是在酯化反應(yīng)中不可避免地需要THF和水,。由于四氫呋喃的毒性低,，但其高濃度可能對(duì)人體造成極大傷害。如果將其直接排放到污水處理系統(tǒng)中,，將會(huì)對(duì)污水處理系統(tǒng)中的細(xì)菌造成傷害,。

  為了解決該問題，安裝了THF回收裝置,。分離THF和水并進(jìn)行處理,。處理回收裝置后，THF的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá)到99.95％以上,，可用于直接銷售,。廢水中THF的質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在0.05％左右，廢水送至汽提塔進(jìn)行汽提,，從廢水中提取THF等有機(jī)物,，送至燃?xì)忮仩t燃燒。通過管道,。

  （5）由于PBAT的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度低,，如果使用傳統(tǒng)的吸水線進(jìn)行造粒，則容易引起粘結(jié),，纏結(jié)和不穩(wěn)定的生產(chǎn),。因此，采用水下模頭造粒的方法,，通過水下輸送管道的長度和造粒水的溫度來控制造粒的成型和結(jié)晶度,。同時(shí)，由于PBAT的易降解特性,，所產(chǎn)生的顆粒被輸送到干燥塔中進(jìn)行干燥,，然后用氮?dú)鉀_洗以進(jìn)行保護(hù)和包裝。

  （6）鑒于PBAT的特性,，分子鏈增長困難,，粘度高，流動(dòng)性差等特點(diǎn),，匯通采用匯通獨(dú)有的立式液相增稠釜專利技術(shù),，可以使物料動(dòng)態(tài)粘度從目前 350 Pa·當(dāng)S增加到1000 Pa·S以上時(shí),，分子鏈相應(yīng)地增長。同時(shí),，由于粘度高,，因此需要螺桿排出方法以確保生產(chǎn)的穩(wěn)定性。

  （7）由于在生產(chǎn)PBAT的過程中會(huì)產(chǎn)生THF蒸氣,，因此在縮聚單元的某些區(qū)域安裝了軸流風(fēng)扇,，以提高設(shè)備的通風(fēng)能力，同時(shí),，還提供了可燃有害氣體檢測(cè)和報(bào)警設(shè)備 已安裝,。個(gè)人防護(hù)口罩和呼吸器等安全設(shè)備；  THF回收裝置采用完全開放的混凝土框架結(jié)構(gòu),，以防止有害氣體積聚,。

06 PBAT 的發(fā)展現(xiàn)狀和應(yīng)用前景

PBAT作為一種性能優(yōu)良的環(huán)保材料，可以減少石油資源消耗,，減輕“白色污染”,，對(duì)我國的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

  目前,，全球PBAT市場(chǎng)需求強(qiáng)勁,。由于PBAT的價(jià)格高昂，我國原料生產(chǎn)條件良好,。  PBAT產(chǎn)品主要用于出口,，行業(yè)集中度高，潛在市場(chǎng)大,，產(chǎn)業(yè)化前景好,。

國內(nèi)對(duì)PBAT材料進(jìn)行研究的有中科院理化技術(shù)研究所、中科院化學(xué)研究所,、藍(lán)山屯河公司,、清華大學(xué)、江南大學(xué)等,。

其中金發(fā)科技每年產(chǎn)能為6萬噸,、金暉兆隆每年產(chǎn)能為2.5萬噸,、億帆鑫富每年產(chǎn)能為1.2萬噸,，藍(lán)山屯河每年產(chǎn)能為13萬噸。

參考來源 |

1.龐道雙,潘小虎,李乃祥,戴鈞明.PBAT合成工藝研究[J].合成技術(shù)及應(yīng)用,2019,34(02):35-39.

2.王有超.新型生物降解材料—PBAT的連續(xù)生產(chǎn)工藝[J].聚酯工業(yè),2016,29(01):28-29.

編輯整理 | 小將

源:生物降解材料研究院