环境材料与导论论文

生物资源材料与未来化学纤维工业的发展

当你从食品店买回糖果、糕点的时候，当你从服装店选购了称心服装的时候，当你从家用电器商场抬回称心电器的时候，甚至当你从菜摊上买回新鲜蔬菜的时候，带回来的包装，几乎无一例外都是塑料袋，当这些塑料袋完成了它的使命之后，如何处理就牵扯到了我们的环境保护意识和环境保护观念。当然，作为学习高分子材料与工程的一名学生，经过专业课的学习，我知道高分子已经渗透到我们的衣食住行中，正因为这样高分子的发展会给环境和人类的生存带来巨大地影响。

随着中国经济的发展，难降解的持久性有机物污染开始显现。国际上今年签署了《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》，其中确定的首批禁止使用的12种持久性有机污染物在中国的环境介质中多有检出，中国是公约的签字国。这类有机污染物具有转移到下一代体内，并在多年后显现其危害的特点，也被称为"环境激素"或"环境荷尔蒙"，危害严重。目前这类有机污染物广泛存在于工农业和城市建设等使用的化学品之中，那么天然高分子材料的经济性循环就应运而生，成为时代的宠儿，企业通过经济性循环可以追求更高的效益，最重要的是在一定程度上减轻环境的污染。

一．天然高分子材料的经济性循环

高分子材料自上世纪问世以来，因具有质量轻、加工方便、产品美观实用等特点，颇受人们青睐，广泛应用于各行各业。随着聚合物合成方法的改进，结构修饰与分子设计水平提高和共混改性技术的

完善，实现了在分子水平上研究高分子的光电、磁等行为，揭示分子结构和光电、磁等特性的关系导致更新的功能高分子材料的出现。近年来功能性高分子材料，如智能高分子材料，高性能高分子材料和环境友好高分子材料等相继问市，为高分子材料应用于大型制件和工程提供了技术支持。高分子材料包括塑料、橡胶、合成纤维。在二战以前，由于天然高分子材料来源丰富，人工合成高分子工业发展缓慢。但随着战争的爆发, 天然橡胶、棉花等天然高分子材料开始紧缺, 迫使人们去探索合成人造高分子的途径。

与此同时，高分子材料的大量使用及废弃后的不适当处置引发了诸如白色污染之类的问题制约了高分子工业的发展。况且，高分子材料的原料是石油和天然气，都是不可再生的资源。近年来，石油原料的有效开采储量迅速下降，能源价格不断上升，更加速了废旧高分子材料的资源化进程。由于高分子材料具有许多优良性能，适合现代化生产，经济效益显著，且不受地域、气候的限制，因而高分子材料工业取得了突飞猛进的发展，成为对人类最为重要的材料；但是，高分子材料的化学稳定性使其消费产物对环境造成了巨大的压力。循环利用废旧高分子材料资源化是处理废旧高分子材料、保护环境的有效途径。无论是从环境科学的原理着眼,还是从环保和节约资源的角度看,废塑料资源化不仅可以消除环境污染,而且可以获得宝贵的资源和能源,产生明显的环境效益。以下就是高分子经济性循环的几种方法，做简要介绍。

第一，物理循环利用物理回收循环利用技术主要是指简单再生利

用和复合再生利用。简单再生系指回收的废旧塑料制品经过分类、清洗、破碎、造粒后直接进行成型加工，如聚氯乙烯废旧硬质板材、管材等硬制品经过上述处理后可直接挤出板材,用于建筑物中的电线护管。这类再生利用的工艺路线比较简单,且表现为直接处理和成型；但因未采取其他改性技术,再生制品的性能欠佳,一般只做档次较低的塑料制品。

第二，改性再生利用是指将再生料通过机械共混或化学接板进行改性，如增韧、增强并用,复合活性粒子填充的共混改性,或交联、接板、氯化等化学改性,使再生制品的力学性能得到改善或提高,可以做档次较高的再制品。这种改性再生利用的工艺路线较复杂,有的需要特定的机械设备。

塑木技术使用木粉式植物纤维高份额填充聚乙烯和聚丙烯树脂,同时添加部分增黏及改性剂经挤出、压制或挤压成型为板材,可替代相应的天然木制品,除具有木材制品的特性外,还具有强度高、防腐、防虫、防湿、使用寿命长、可重复使用、阻燃等优点。近年来，国内外塑木板材制品的技术开发和应用发展迅速。木粉填充改性塑料国外早已开始研究，但高份额的木粉填充则是近几年才有较大发展。在日本，有名的“爱因木”就是该类产品；加拿大的协德公司也已开发出类似的塑料制品；奥地利辛辛那提公司及PPT模具公司开发出各种塑木板材制品；我国唐山塑料研究所、国防科技大学、广东工业大学等早些时候，在低份额木粉改性填充树脂体系中，进行塑木产品专用设备的开发。目前，塑木板材主要使用在如下场合：公园、建筑材料、

隔音材料、包装材料、围墙，以及各种垫板广告地板等。

土工材料化土工材料只要求某些物理性能和化学性能的技术指标,因此利用废塑料生产土工制品的经济效益和社会效益较好。例如，利用废PP或HEPE加工成降低地表水位的盲沟或防止滑坡塌方的土工格栅等。美国得克萨斯州大学采用黄砂、石子、液态宠物和固化剂为原料制成混凝土;日本一家公司利用废塑料制成园艺用新型培养土；用废橡胶可以制成人工鱼礁、水土保持材料、缓冲材料和铁路路基。在许多国家,废车胎用来做山区或沙岸、堤坝的水土保持材料。

第三，化学循环利用化学循环利用是近年来对废旧高分子资源化研究的最为活跃的发展趋势。它的二次污染也比较小或可以避免。化学循环一般都是裂解过程产生气体、液体和固体残留物。它们都可加以适当的利用。总的来说,化学循环既可节省和利用资源,又可消除或减轻高分子材料对环境的不利影响。

第四，油化技术废塑料油化技术有热解法、热解-催化改质法、催化热解法3种基本方法。废塑料催化裂解制燃料油技术在世界范围内已有成功的先例,德国、美国、日本等国均建有大规模的工厂。在我国的北京、西安、广州等城市也建立了一些小规模的废塑料油化工厂。油化技术的优势:废塑料催化裂解制取汽油、柴油技术,原料来源广泛,生产安全、污染少、技术可靠,具有较高的社会效益和经济效益,市场前景广阔。

高分子材料资源化虽然是解决高分子材料的成效方法之一,但是实际上也存在许多问题,例如再生料的性能不如原始材料;再生过程

如化学循环的代价很高,缺乏市场竞争力;有的废旧高分子材料杂质多,不易除去,或各种混合材料不易分离等。然而,充分利用资源和减少环境污染是高分子材料资源化的最终目的,具有广阔的前景。今后,高分子资源化的工作主要集中在下列几个方面:①材料循环的研究,即分离技术开发、加工技术开发、应用产品开发等;②化学循环的研究,包括解聚和裂解两方面工作的深入;③开发新型可循环高分子材料或高分子材料的新型循环技术;④研究合适的方法和设备来降低现有的回收技术成本;⑤研究价廉质优的高效裂解催化剂和简化裂解设备,降低回收成本。当然,废旧高分子材料资源化工作是一项系统工程,需要各个方面的协作,如国家政策、公众意识等。

二．生物质与生物转化技术的运用

在高分子材料大显身手的今天，为了让它更好地为整个世界的快速、健康、可持续发展服务，我们应该一方面探寻最高效、最经济的循环利用的途径和工艺，一方面要在绿色高分子的研究和开发上不断做到更好，另一方面，要实现天然高分子的循环性利用；生物质与生物转化技术的运用便要发挥其巨大的作用。生物产业的发展,将促进生物能源、大宗化学品与生物材料等生物质产品工程的发展。如果能够充分利用生物产业的发展机遇,将工业生物技术与现代工业技术组合,特别是和以化石原料为基础的化工技术组合,优势互补,将带动产业进步。生物质资源具有储量大、发展潜力大的特点。如果能对生物质进行有效分离并衍生化，则有望实现众多功能性材料的生物合成，从而为高分子材料产业发展提供新的原料支撑。

目前，国外已经建立了比较成熟的生物质能源平台 然而我国生物技术依然面临生物材料化学品原料利用率不高、缺乏适合国情的重大核心生物技术的挑战。专家分析，要想快速发展生物产业，必须具有可利用的生物资源。石油、煤炭与天然气不仅是现代社会的能源支柱，也是国民经济基础产业——石油和化学工业的基本原料。如今，随着这些化石资源的日益短缺，人类文明所赖以维系的物质基础将何以为继？面对这一严峻挑战，科学家们将目光瞄向了来源广泛、规模庞大的生物质资源，尤其是长期被忽视的农林剩余物及皮革废料、废弃油脂等。这一前沿领域或将为人类社会的可持续发展奠定新的基石。生物质能源是唯一可再生、可替代化石能源转化成液态和气态燃料以及其它化工原料或者产品的碳资源。随着化石能源的枯竭和人类对全球性环境问题的关注,生物质能替代化石能源利用的研究和开发,已成为国内外众多学者研究和关注的热点。

各种生物质能源在利用时均需转化,由于不同生物质资源在物理化学方面的差异,转化途径各不相同,除人畜粪便的厌氧处理以及油料与含糖作物的直接提取外,多数生物质能要经过转化过程。生物质能源转换技术的研究开发工作主要包括物理、化学和生物等三大类转换技术,将可再生的生物质能源转化为洁净的高品位气体或者液体燃料,作为化石燃料的替代能源用于电力、交通运输、城市煤气等方面。生物质能源转换的方式,涉及到固化、直接燃烧、气化、液化和热解等技术。其中,直接燃烧是生物质能源最早获得应用的方式。生物质的热解气化是热化学转化中最主要的一种方式。生物质能源转换技术和

产品如图2所示。

我国是一个人口大国,又是一个经济迅速发展的国家,随着经济的发展,生活水平的提高,环境保护意识的加强,化石能源逐渐减少,对包括生物质能源在内的可再生资源的合理、高效地开发利用,必然愈来愈受到人们的重视。生物质能源利用技术和化石燃料的利用方式具有很大的兼容性,以生物质作为原料经过能量转换制造高品位的气体燃料和液体燃料,不但可以弥补化石燃料的不足,缓解过分依赖大量进口石油的被动局面,实现我国能源安全战略,而且达到保护生态环境的目的。因此改变能源生产和消费方式,开发利用生物质等可再生的清洁能源资源对建立可持续的能源系统,促进国民经济发展和环境保护具有重大意义。生物质与生物转化技术的运用主要由以下几个方面。

1.固体产品：成型物的形式主要有棒状、颗粒两大类。生

物质的固体产品主要是通过压缩成型后,成型产物作为工业锅炉、民用炉灶和工厂、家庭取暖炉以及农业暖房的燃料,也可进一步加工成木炭。

2.液体燃料油

（1）生物油：生物油主要是指通过化学转换方式将生物质转换成液体产品,如可替代化石燃料的汽油、煤油和柴油及含氧燃料添加物甲醇和二甲醚等液体产品。

（2）燃料乙醇：利用玉米等粮食发酵生产酒精,是酿酒工业的基础,我国已有数千年的历史。我国目前生产燃料乙醇的原料,主要是玉米、

木薯和糖(如甘蔗和甜高粱汁)。“十·五”期间经过国家发改委批准,已经完成建设10万t的4个燃料乙醇生产企业:吉林燃料乙醇公司、河南天寇企业集团、安徽丰原生化有限公司和黑龙江华润金玉酒精公司。这些企业2006年已经生产了100万t燃料乙醇和900万t普通汽油掺兑后成为1000万t生物汽油,占全国消费量的1/5以上。（3）生物柴油：传统概念的狭义的生物柴油根据美国标准ASTMD6751定义为:由植物油脂或者动物油脂制备的含有长链脂肪酸单烷基酯燃料。脂肪链长在8～22的各种动植物油脂均可用于制备生物柴油。世界上首套生物柴油工业生产装置(产能1万t/a,菜籽油作为原料) 是于1990年在奥地利建成投产的。2005年,全球生物柴油产量已达240万t。而且,正进入快速增长期,预期2010年产能将达到1350万t。新概念的广义的生物柴油的定义应该为:以生物质为原料,经过物理、化学和生物技术方法,制备成具有与化石柴油相似性质,并且可以替代化石柴油应用于交通运输等行业的液体燃料油。如德国Choren是专门生产生物质液体燃料的集团公司,从1998年进行新型生物质气化工艺试验, 2002年开展各种原料合成液体燃料的研发和工业化生产,经过多年的研发和试制,形成了较为成熟的技术、工艺和生产设备,并建成了示范工厂和小规模的生产车间,目前正与我国山东合作,计划建造可以大规模工业化生产生物质液体燃料生产基地。国内有关生物柴油装置投产的报道也屡见不鲜。根据报道统计现在应该具有100万t 的生产能力的装置,但是真正建设完成并且正常运行的生产能力, 2006年应该在10万t左右。福建龙岩卓越新能源公司已有2万t/a生

物柴油生产装置, 2006年达到基本满负荷生产。我国目前生物柴油装置基本上均以地沟油和油脚等作为原料,由于很多企业一哄而上,结果本来可以用来生产的原料就不多,导致地沟油价格已从2006年初的1800元/t上涨到年底的3000元/t左右。目前,全国废弃油脂总量约在500万t/a左右,其中相当比例要用于化工生产。因此,生物柴油的生产,除了还有许多技术问题需要解决外,其原料的供应是当务之急。林业具有潜在的丰富资源。如黄连木和麻疯树籽等林业生物质的含油量高达50%。国家林业局计划发展2亿亩林地种植生物能源树基地。预计到2015年,可以提供1000万吨生物柴油原料

3.气体产品：生物质气化供气,作为家庭生活的气体燃料,已经推广应用了400多套小型的气化系统,主要应用在农村,规模一般在可供200～400户家庭用。

充分利用现代新技术，将生物质能进行转换，对于建立可持续发展的能源体系，促进社会和经济的发展以及改善生态环境具有重大意义。生物质能作为一种可再生能源，在能源结构系统中的地位越来越重要．由于化石燃料的不可再生性和使用过程中对环境的影响，生物质能将成为2l世纪的主要能源之一，生物质转化利用技术将成为这一转变的关键．目前有关生物质转化利用的成套技术已经出现，但是由于实用性和经济性无法统一，导致这些技术大部分难以普及．随着研究的不断深入，这种状况必定会得以解决．同时也会出现更多的生物质转化利用新技术。

三．化学纤维在未来材料领域的优势。

3月29日，国家工业和信息化部消费品司、中国化学纤维工业协会、东华大学、国家纺织化纤产品开发中心在北京联合发布2012/2013中国纤维流行趋势报告。报告发布的未来十大流行纤维品种有：异型细旦吸湿排汗聚酯纤维，异收缩复合聚酯纤维，PTT、PBT 聚酯纤维、阻燃粘胶纤维、全消光细旦聚酰胺6纤维、原液着色聚酯纤维、再生长丝聚酯纤维、聚苯硫醚纤维、竹浆纤维、壳聚糖纤维。当相对专业的原料名称和流行时尚的趋势发布活动结合时，创新和纤维之间产生了一种奇妙的“化学反应”，并给下游企业的市场开发带来了无限可能。

纤维流行趋势的发布，有利于产业链各个环节上实现更好的整合。把纤维流行趋势与纱线、面料、服装等下游流行趋势结合起来，有利于更好地发挥纺织产业的整体优势，让我国纺织业的国际竞争优势更加明显。纤维流行趋势的发布将在我国纺织业实现从产业链的完整到价值链的完善提升过程中起到积极的推动作用。

当前,全球新一轮的科技竞争已经开始，全球将进入空前的创新密集和产业振兴时代。西方主要大国纷纷提出经济刺激计划，共同特点就是大幅增加科技投入,加大创新力度，把新能源、新材料、信息网络、生命科学、先进材料、节能环保、低碳技术、绿色经济作为新一轮产业发展重点，努力抢占未来科技和经济竞争的战略制高点，重新调整和划分国际分工体系。

面对新的竞争格局，我国作为世界上生产规模最大、产业链最

完整、具有较强竞争力的纺织化纤制造大国，随着国内要素制约的加剧、生产成本的上涨和环境压力的加大，化纤纺织行业过去主要依靠数量、价格竞争的发展模式已经难以为继。特别是金融危机对全球经济格局造成了难以估量的重要影响，发达国家低碳、环保消费理念迅速兴起，更决定了我国纺织化纤行业必须走出一条适合自身的可持续发展之路。

发布“中国纤维流行趋势”报告的目的是打造国产纤维品牌，推动纤维原料品牌建设，提升产业链整体品牌形象，使纤维生产与终端制造形成合理衔接，有利于提高中国制造的整体品牌实力。

正像工信部消费品司副司长王伟介绍的那样，通过“中国纤维流行趋势”的研究和发布，将国内最新、最前沿、差异化程度最高，同时也是国际领先的化纤新产品传递给下游制造企业，介绍给终端消费者。这样可以带动纺织产业链向新产品开发、创新拉动需求的方向转变，促进价值链的整体提升，提高产业链整体竞争能力，增加纤维品牌对纺织化纤产业发展的贡献率长期以来，中国纺织工业主要依靠比较优势快速发展，新型纱线、新型纺纱、新型织造、新型印染技术和装备逐步得到应用和发展，深加工、精加工、高附加值产品有较大幅度增加，产品质量和档次都有了明显的提高。同时从全球发展来看，当前中国纺织工业仍然是具有产业链最为完整，关联度较高的明显优势，但是产业链的整合效应还未真正体现，在产业链的每个环节未能集中体现出高科技含量、技术一致性强的特征。

从品牌角度来看，虽然国内纺织终端品牌建设明显强于前道纤

维原料品牌建设，但与发达国家相比较，则是终端品牌的差距大于纤维原料品牌与国外的差距。推动纤维原料品牌建设更易提升产业链整体品牌形象，如果更进一步，纤维生产与终端制造形成合力，则更有利于提高“中国制造”的整体品牌实力。

在中国化学纤维工业协会会长端小平看来，国内化纤行业在新产品研发方面与传统化纤制造强国和地区相比，差距不仅表现在自身研发的能力和水平方面，还表现在对纤维品牌建设和新产品的市场推广的重视程度以及能力方面。在“十一五”期间，前一个差距有逐渐缩小的趋势，后一个差距则没有明显改观。两个方面的差距之间其实存在着密切的联系，前一种差距会直接导致后一种差距无法弥补，而后一种差距的存在则会间接影响到缩小前一种差距的动力。

就行业以及企业而言，他们往往只看到研发能力和水平方面的差距，而忽视了纤维品牌建设和新产品市场推广方面的差距。但是品牌建设和新产品市场推广的问题不解决，研发能力和水平也难以得到大幅度的提升。

纤维品牌建设可以给整个产业链运营带来效益。在纤维品牌建设方面，杜邦公司的莱卡推广是一个比较成功的案例。莱卡通过价值链营销，成功地将一种专业性极强的化学纤维原料做成了消费者熟知的品牌。当使用莱卡吊牌的下游产品在市场上俏销时，各纱厂、面料厂求购莱卡的热情也水涨船高。杜邦公司可定向为他们提供技术服务和市场咨询，既保证吊牌产品的质量，又巩固和下游厂商的合作关系，从而促进了莱卡纤维的销售，最终带来了莱卡销量的持续上升。

纤维和时代特征的结合越来越紧密。当今，崇尚自然是最主要的趋势之一，精细、柔软、舒适是织物流行的主要风格。纺织品的加工越来越重视工艺的科技含量，传统的纺织通过新型的技术加工可以达到崭新的视觉和触觉效果；多元融合，传统与高科技、怀旧与未来主义、大众化与独特性等交融在一起，融合是现代面料发展的重要特征；同时，发展有利于生态环境保护的绿色产品和绿色加工工艺，已经融入了鲜明的时代特征。

纤维是纺织产业链的起点。起点上的创新给下游的创新提供了无限的可能。中国化学纤维工业协会副秘书长王玉萍告诉记者，纤维可以产生无限可能的特点决定了纤维流行趋势和其他面料等流行趋势之间的巨大差别。

从纤维特点到工艺特点，从潜在市场到现有市场，从行业情况到企业情况，化学纤维都有其特殊的优越性。我们相信，在行业的引导和国家的支持下，化学纤维十大流行品种未来将有更大的市场，取得更大的发展。

四．结语

目前，全球石油资源的日趋匮乏已日渐成为制约化纤行业发展的严重问题，为了满足市场需求，必须有相应的替代资源以满足生产发展和消费增长的需要。因此，能够替代石油的可再生、可降解的新型原料的经济性日益显现，同时节能减排和环境保护的需求也促使化纤工业更加重视环境保护，降低能耗。以生物质工程技术为核心的绿色生物质纤维及材料的开发，成为引领化纤工业发展的新潮流。

环

境

材

料

导

论

专业：高分子材料与工程

班级：高分子101

学号：201001544112