Lee Tin Sin,是马来西亚拉曼大学的研究员、专业工程师和副教授。他毕业于马来西亚理工大学,获得工程学学士学位(化学聚合物),并以一级荣誉获得博士学位(聚合物工程)。李博士在橡胶加工、生物聚合物、纳米复合材料和聚合物合成等方面出版了广泛的著述,发表了70多篇论文,包括期刊论文、著作和会议论文。他目前担任马来西亚工程师学会化学工程技术部主席和理事会成员。
Bee Soo Tueen,是马来西亚拉曼大学的研究员、专业工程师和副教授。她毕业于马来西亚理工大学,获得工程学学士学位(化学聚合物)、工程硕士学位(聚合物工程)和博士学位(聚合物工程)。Bee博士在纳米复合材料、阻燃剂和生物聚合物方面发表了大量的期刊论文。
译者前言
塑料制品在人们的日常生活中无处不在,然而塑料垃圾难以在短期内轻易降解,废品回收再利用率也不高,给陆地和海洋环境带来了极大的危害。2018年世界环境日主办国印度呼吁全世界要塑战速决,齐心协力对抗一次性塑料带来的环境污染。而早在2007年年底,国务院办公厅就印发了《关于限制生产销售使用塑料购物袋的通知》,规定在全国范围内所有商品零售场所要实行塑料购物袋有偿使用制度。2020年7月,国家发展和改革委员会、生态环境部、工业和信息化部等九部门联合印发《关于扎实推进塑料污染治理工作的通知》,提出到2020年年底,各省、自治区、直辖市的商场、超市、药店、书店等场所以及餐饮打包外卖服务和各类展会活动,禁止使用不可降解塑料袋,集贸市场规范和限制使用不可降解塑料袋;全国范围餐饮行业禁止使用不可降解一次性塑料吸管。尽管限塑令升级成了禁塑令,但物美价廉、方便实用的塑料制品不可能在一夜之间从人类社会突然消失,以其他环保型塑料部分取代、逐步取代才是当前的可行之道。在此背景下,可生物降解塑料受到了业界人士的大力推崇和社会关注,被视为应对传统塑料污染的利器。
可生物降解聚合物可以从石油也可以从农作物中提炼而得,后者又被称为生物基塑料。聚乳酸(PLA)来源于玉米和土豆等农作物,既是生物基塑料又是可生物降解塑料。PLA的广泛应用一方面可以降低对石油的依赖,另一方面,其废品可以通过微生物(如细菌、霉菌、真菌和藻类)在一定的环境(堆肥条件、厌氧消化条件或水性培养液)下在短期内发生降解,并最终完全分解为水、二氧化碳、甲烷和矿化无机盐等。正确回收和处理PLA废品将极大地缓解塑料垃圾给生态环境带来的危害以及可能引发的生态危机。PLA已经实现大规模工业化生产,PLA制品部分取代传统塑料的时机已到,在国家政策支持下,中国或将迎来一个新的PLA塑料制品的蓬勃发展期。
然而,PLA的生产技术壁垒较高,相关研究和技术人员稀缺,市面上可以参考的相关文献尤其是中文书籍又比较少。本书是近几年来不可多得的一本详细地讲述PLA来源、生产技术和性能及应用的书籍。本书首先概述了PLA的市场应用及发展潜力;然后介绍了PLA的合成及生产方法;接着详细阐述了PLA的热性能、化学性质、力学性能、流变性能及降解性能和稳定性;本书的后半部分介绍了PLA的常用加工助剂、成型加工工艺,并重点讲述了PLA的注塑工艺和3D打印工艺;最后,本书还讲解了PLA制品的相关应用实例、环境评估和国际标准。本书可为从事PLA塑料研发的科研人员和生产人员提供宝贵的经验和科学参考。
距离本书作者完稿已经过去两年,书中有部分数据略有更新,本书译者在完成译稿后对PLA的国内外市场又做了简单调查,补充如下:截至2020年,全球PLA潜在需求空间达到651万吨,中国也有170万吨的需求。而目前全球PLA产能合计仅约33万吨,实际产量约为20万吨。全球的PLA原料主要由美国NatureWorks公司(产能15万吨年)和荷兰Total Corbion公司(产能7.5万吨年)供应。国内生产PLA的企业主要有浙江海正生物材料股份有限公司(目前产能1.5万吨年,在建产能6.5万吨年)和中粮生化能源榆树有限公司(目前产能1万吨年,目标产能21万吨年)。在原著等待翻译和出版的两年时间内,PLA的全球产业化进程仍然非常缓慢,主要原因是原材料乳酸来源贫乏。PLA目前主要使用两步法进行生产,即丙交酯开环聚合法,该法是以L-乳酸为原料,在醇类等引发剂存在下先制成丙交酯,再在催化剂存在下开环聚合得到PLA。中间体丙交酯的生产是PLA合成工艺的核心,也是国内面临的技术瓶颈,在很大程度上限制了国内PLA行业的发展。美国NatureWorks目前拥有每年22万吨的L-乳酸生产能力,约占全球乳酸总产能的24%,但 NatureWorks自产的乳酸并不对外销售,而是专门供应其自身的PLA工厂。前几年国内企业用于生产PLA的材料丙交酯主要从国外进口,如Total-Corbion泰国工厂,但该工厂近年也投产了PLA生产线,丙交酯也开始自用不外售。丙交酯技术壁垒高、生产成本高,已成为制约国内PLA产业发展的瓶颈。金丹科技是全球乳酸行业第二大企业、国内乳酸行业龙头企业,拥有12.8万吨的乳酸及盐产能,其控股子公司金丹生物新材料目前正在建设1万吨丙交酯生产线,1千吨PLA生产线目前处于调试阶段。浙江海正生物材料股份有限公司也已成功掌握了丙交酯的生产技术,但目前公司缺乏原材料乳酸,需要向金丹科技等企业采购。现在全国部分地区开始大规模实施限塑政策,生物降解塑料市场需求快速增长,PLA市场空间巨大。PLA目前市场销售价格在每吨3万元以上,随着市场需求的逐渐释放,国内企业正努力突破丙交酯技术壁垒,打开发展空间。
本书由马来西亚拉曼大学的两位研究员Lee Tin Sin(李顶新)和Bee Soo Tueen(马诗婷)共同编著。Lee Tin Sin是马来西亚拉曼大学的研究员、专业工程师和副教授。他毕业于马来西亚理工大学,获得工程学学士学位(化学聚合物),并以一级荣誉获得博士学位(聚合物工程)。李博士在橡胶加工、生物聚合物、纳米复合材料和聚合物合成等方面出版了广泛的著述,发表了70多篇论文,包括期刊论文、著作和会议论文。他目前担任马来西亚工程师学会化学工程技术部主席和理事会成员。Bee Soo Tueen是马来西亚拉曼大学的研究员、专业工程师和副教授。她毕业于马来西亚理工大学,获得工程学学士学位(化学聚合物)、工程硕士学位(聚合物工程)和博士学位(聚合物工程)。马博士在纳米复合材料、阻燃剂和生物聚合物方面发表了大量的期刊论文。本书的译者现为湖北文理学院机械工程学院教授,近年来的主要研究兴趣之一为聚乳酸材料的结晶及发泡行为。译者曾于2008~2010年期间在多伦多大学微孔塑料制造实验室从事博士后研究,分别与美国NatureWorks公司和荷兰Synbra公司合作了聚乳酸结晶和发泡方面的课题项目。2014~2018年期间分别主持以聚乳酸为研究主题的国家自然科学基金、湖北省自然科学基金和襄阳市科技计划研究与开发项目各一项。
译者于2019年翻译了由土耳其伊斯坦布尔科技大学的默罕默德礼萨诺法尔博士执笔,与多伦多大学的朴哲范教授共同编著而成的《聚乳酸泡沫塑料基础、加工及应用》一书,该书已于2020年4月由化学工业出版社正式出版。作为有益补充,译者又精选了本书进行翻译。翻译初稿由湖北文理学院机械工程学院本科生李晓月完成,米大山博士进行初审,最后由译者进行翻译校正和润色。本书的翻译出版得到了国家自然科学基金青年基金项目51403059和湖北省高等教育综合奖补资金机械工程学科建设专项基金(2050205)的资助,在此一并表示感谢。
本书原著中有少许印刷错误,出版社同志们进行了严格和仔细的校正,但仍难免有纰漏。另外,限于译者的英语和专业知识水平,在本书译文中可能会存在疏漏之处,请专家和读者不吝指正。
朱文利
2020年9月于武汉
前言
近几十年来,人们对塑料的需求急剧增长。 塑料的使用是当今社会不可避免的。然而,塑料废弃物处置不当造成了严重的环境污染。海洋受到了由不可降解聚合物生产的塑料微粒的严重污染。传统的由石油炼制生产的原料制备的塑料要经过100多年的降解才能成为无害的物质!虽然人们已经组织了许多教育活动,通过减少、再利用和再循环3R 计划在社会上提高认识,但社会反应仍然不足。
消除塑料是不可能的,塑料3R计划还需要更多的时间来改变消费者的习惯和态度。因此,可生物降解聚合物可以作为一种替代品来减少塑料废物对环境的影响。虽然市场上有许多可生物降解的聚合物,但聚乳酸PLA似乎是替代不可降解石油基聚合物的最可行的聚合物。这是因为聚乳酸可以大规模工业生产,价格具有竞争力。PLA也可以使用现有的聚合物加工技术进行加工,如注塑、挤出、吹膜、热成型和当前流行的3D打印方法。
在这本书中,深入讨论了PLA的特点和应用。与其他有关生物可降解聚合物的书籍相比,本书旨在使读者在进入高水平的研究和开发阶段之前获得有关PLA的基本但充分的信息。向读者介绍PLA的市场需求、牌号、合成与生产、热性能、化学性质、力学性能、流变性能、降解与稳定性、加工工艺、注塑与3D打印、环境评估、聚合物生物降解国际标准以及应用等。作者认为,这些信息对于工业企业、教育工作者、研究人员、研究生、环保人士等一站式获取PLA的信息源具有重要意义。
最后,作者特别感谢Silva Isabella女士在第二版的整个写作过程中提供的建议和协助。作者诚信本书能够在全球范围内促进可生物降解聚合物的开发和应用,希望能减少塑料污染,为子孙后代提供一个可持续发展的环境。
Lee Tin Sin和Bee Soo Tueen