När världen står inför växande miljöutmaningar, från accelererande klimatförändringar till plastföroreningar i hav och deponier, har brådskan att gå över till hållbara material aldrig varit större. Globala industrier, regeringar och konsumenter letar efter innovativa alternativ som kan minska miljöskador samtidigt som de behåller prestanda och funktionalitet hos konventionella material. Denna efterfrågan är inte bara en trend – det är en grundläggande omvandling som drivs av vetenskap, politik och allmänhetens medvetenhet.
Kärnan i denna omvandling är behovet av att koldioxidutlösa materialproduktion, minska beroendet av ändliga fossila resurser och minimera ansamlingen av icke-nedbrytbart avfall. Traditionell petroleumbaserad plast är, även om den är mångsidig och låg kostnad, en stor bidragande orsak till utsläpp av växthusgaser och långvarig ekologisk försämring. Deras motstånd mot nedbrytning – som en gång sågs som en fördel – har nu blivit en av planetens mest pressande miljöbelastningar.
Som svar på dessa utmaningar har biobaserade miljövänliga hartser framstått som en av de mest lovande materialklasserna för en mer hållbar framtid. Dessa hartser syntetiseras från förnybara biomassakällor, inklusive majsstärkelse, sockerrör, cellulosa, alger och jordbruksavfall. Eftersom de härrör från kol som fångas upp av levande växter, erbjuder biobaserade hartser ett slutet kolkretslopp – absorberar koldioxid under tillväxt och släpper ut den endast under nedbrytning eller förbränning, vilket minskar netto CO₂-utsläppen avsevärt.
Många biobaserade hartser är konstruerade med alternativ för uttjänta livslängd i åtanke. Till skillnad från konventionell plast som kan finnas kvar i århundraden i miljön, är biohartser ofta biologiskt nedbrytbara eller komposterbara, vilket gör dem väl lämpade för applikationer som förpackningar, där korta produktlivslängder överensstämmer med ett behov av ansvarsfull kassering.
Utöver deras miljöegenskaper tar biobaserade hartser fart på grund av tekniska framsteg och materialförbättringar. Tidiga begränsningar relaterade till mekanisk styrka, värmebeständighet och skalbarhet åtgärdas kontinuerligt genom molekylär ingenjörskonst, blandningstekniker och innovationer inom biopolymerkemi. Som ett resultat hittar dessa hartser nu kommersiella tillämpningar inom olika sektorer - från livsmedelsförpackningar och bildelar till elektronik och konsumentvaror.
Övergången till biobaserade miljövänliga hartser speglar en bredare vision: en där ekonomisk utveckling är frikopplad från miljöförstöring, och där materialen vi använder är så förnybara, cirkulära och ofarliga som möjligt. Denna vision stöds i allt högre grad av regelverk, hållbarhetscertifieringar och förändrade konsumentpreferenser.
Biobaserade miljövänliga hartser hänvisar till polymermaterial som huvudsakligen är tillverkade av förnybara biologiska resurser. Till skillnad från traditionella petroleumbaserade hartser är de inte beroende av begränsade fossila bränsleresurser, utan syntetiseras med hjälp av växtbaserade råvaror som majsstärkelse, sockerrör, sojabönor, cellulosa, tång etc. Dessa material kan inte bara effektivt minska beroendet av icke-förnybara resurser, utan också avsevärt minska utsläppen av växthusgaser under deras livscykel.
Används vanligtvis vid tillverkning av biologiskt nedbrytbar plast som polymjölksyra (PLA). Genom jäsningsprocessen omvandlas dessa råvaror till mjölksyra och polymeriseras vidare till plasthartser.
Kan användas för att tillverka polyuretan, biobaserade epoxihartser etc. Jämfört med traditionella petrokemiska material förbrukar dessa produkter mindre energi under tillverkningsprocessen.
De kommer från trä, bomull eller jordbruksavfall och kan användas som förstärkningsmaterial eller hartsmatriser för att förbättra mekaniska egenskaper och förnybarhet.
Med snabb tillväxt och hög kolfixeringsförmåga är de en av de framväxande hållbara resurserna som är lämpliga för framställning av högpresterande biohartser.
Biobaserade hartser absorberar koldioxid under tillväxtstadiet, vilket delvis uppnår "kolbindning", vilket kan kompensera för koldioxidutsläppen under deras tillverkning och användning i viss utsträckning, och därigenom uppnå en "closed-loop kolcykel".
Användningen av jordbruksrester eller förnybara växtmaterial kan bidra till att minska risken för utarmning av oljeresurser och stödja grön tillverkning.
Många biobaserade hartser är komposterbara, nedbrytbara eller återvinningsbara och kan komma in i det naturliga cirkulationssystemet för att minska miljöföroreningarna av plastavfall.
PLA (polymjölksyra) är ett typiskt biobaserat material som kan komposteras industriellt och brytas ned;
Även om råvarorna för biobaserad PET (polyetylentereftalat) delvis härrör från biomassa, är dess struktur densamma som för petrokemisk PET, och dess nedbrytningsförmåga är svagare.
Denna distinktion är avgörande för praktiska tillämpningar. När man designar produkter bör lämplig typ av bioharts väljas i enlighet med syftet (såsom förpackningar, medicinska förnödenheter, bildelar, etc.).
Förpackningsindustrin: såsom biobaserade plastpåsar, matbehållare, kaffekapslar, etc.;
Konstruktion och heminredning: används för att producera golvbeläggningar, bio-epoxilim, etc.;
Biltillverkning: används för lättviktskomponenter, inredningspaneler etc.;
3D-utskriftsmaterial: PLA är det vanligaste miljövänliga 3D-utskriftsfilamentet;
Elektroniska produkter: Utveckling av halogenfria, bioförnybara kretskortsmaterial.
I takt med att utmaningarna med globala klimatförändringar, miljöföroreningar och allt mindre fossil energi blir allt allvarligare, har sökandet efter hållbara alternativa material blivit en viktig riktning för tillverkning och materialvetenskap. I detta sammanhang har biobaserade miljövänliga hartser, som ett framväxande grönt material, väckt stor uppmärksamhet från den vetenskapliga forskningen och industrisamhället på grund av deras förnybara källor, låga miljöpåverkan och gradvis förbättrade funktionella prestanda.
Jämfört med traditionella petroleumbaserade hartser har biobaserade hartser uppenbara fördelar för att minska koldioxidutsläppen. Deras råvaror kommer vanligtvis från växter som majs, sockerrör, sojabönor eller alger. Dessa växter absorberar koldioxid genom fotosyntes under sin tillväxt och neutraliserar därigenom koldioxidutsläppen som genereras under tillverkningsprocessen i viss utsträckning. Petroleumbaserade hartser producerar i princip bara koldioxidutsläpp under hela sin livscykel och saknar en kolsänkningsprocess.
Om man tar polymjölksyra (PLA) som ett exempel kan utsläppen av växthusgaser som genereras under dess tillverkningsprocess minskas med cirka 60 % jämfört med polystyren. Om slutprodukten kan komposteras eller biologiskt nedbrytas, kan det frigjorda kolet också absorberas av växter igen, vilket ytterligare förverkligar "kolkretsloppet sluten loop".
En viktig egenskap hos biobaserade hartser är den förnybara källan till råvaror. Till exempel kan majs och sockerrör planteras och skördas varje år, till skillnad från mineraltillgångar som olja och naturgas, som kräver miljontals år av geologisk evolution för att bildas.
Denna förnybara väg baserad på "plantering-användning-nedbrytning-återplantering" lindrar inte bara beroendet av icke-förnybara resurser, utan ökar också motståndskraften och kontrollerbarheten i materialförsörjningskedjan. Med utvecklingen av återvinningsteknik för jordbruksbiprodukter och avfall kommer råvarukällornas mångfald och miljövänlighet att förbättras ytterligare.
Många biobaserade hartser är biologiskt nedbrytbara och kan under vissa förhållanden sönderdelas till vatten, koldioxid och biomassa av mikroorganismer. Till exempel kan PLA, polyhydroxialkanoater (PHA), stärkelsebaserade hartser etc. brytas ned fullständigt i industriella komposteringsmiljöer och kan även långsamt brytas ned i jord och vatten under vissa omständigheter.
Denna egenskap är av stor betydelse för att lindra "vit förorening" och minska marint plastskräp. Jämfört med traditionell plast som ofta tar hundratals år att brytas ned, absorberas bioharts lättare av ekosystemet efter slutet av deras livscykel, vilket hjälper till att uppnå en verkligt grön sluten slinga.
Den storskaliga användningen och slumpmässiga bortskaffandet av traditionell petrokemisk plast har lett till allvarliga miljöproblem, inklusive ansamling av deponier, havsplastföroreningar och plastintag av vilda djur. Biobaserade hartser kan, på grund av deras nedbrytbarhet och giftfria egenskaper, avsevärt minska den långsiktiga negativa påverkan på den naturliga miljön och ekosystemet.
Vissa biobaserade hartser undviker också användningen av giftiga katalysatorer och tungmetalltillsatser under produktionsprocessen, vilket ytterligare minskar potentiella risker för miljön och människors hälsa.
Tidigare var ett av de största tvivel om biohartser om deras prestanda kunde möta behoven av praktiska tillämpningar. Med utvecklingen av materialvetenskap, polymerisationsprocesser och kompositmodifieringsteknologier har moderna biobaserade hartser gjort betydande förbättringar i funktionella prestanda, jämförbara med vissa traditionella plaster, och ännu bättre i vissa aspekter.
Genom sampolymerisation, tvärbindning, nano-förstärkning och andra medel har moderna biohartser gjort betydande förbättringar i draghållfasthet, slaghållfasthet, flexibilitet och andra aspekter. Till exempel:
Modifierad PLA kan ha slagtålighet nära ABS eller PS;
Att lägga till naturliga fibrer (som bambufibrer och hampafibrer) kan förbättra materialets strukturella stabilitet och styrka;
Biobaserade polyamider (som PA11) har använts i stor utsträckning inom bilar, elektronik, sportutrustning och andra områden med höga krav på styrka och seghet.
Den nya generationen av biohartser har gjort tekniska genombrott i värmedeformationstemperatur, smältindex, termisk nedbrytningstemperatur, etc., vilket gör den anpassningsbar till olika bearbetningsmetoder såsom formsprutning, extrudering, formblåsning och 3D-utskrift. Till exempel:
PLA-material med förbättrad termisk stabilitet kan bibehålla strukturell stabilitet vid höga temperaturer och är inte lätta att deformera;
Biobaserade polyestrar som PBS (bärnstenssyrasampolymer) har goda värmeförseglingsegenskaper och flexibilitet och är lämpliga för termoformning av förpackningar.
Bearbetningsparametrarna för många biobaserade hartser (som smältpunkt, viskositet, kylhastighet) ligger nära de för traditionell plast, så att de kan produceras och formas utan storskalig omvandling av befintlig utrustning, vilket minskar kostnaderna för företagsomvandling och förbättrar marknadsacceptansen.
Genom design och modifiering av kemisk struktur kan biohartser uppnå olika funktionella anpassningar, såsom:
Vattenbeständighet, oljebeständighet, flamskydd och UV-beständighet;
Funktion för kontrollerad frisättning (används för jordbruksfilmer eller drogbärare);
Antibakteriell och mögelresistens (fördelar i medicin- och livsmedelsförpackningar).
Denna anpassningsförmåga gör att den kan anpassa sig till ett brett spektrum av applikationer från konsumentproduktförpackningar, elektroniska produkthöljen, bildelar till nedbrytbara jordbruksfilmer.
Med utvecklingen av materialvetenskap och grön teknik har biobaserade miljövänliga hartser inte bara stannat kvar i laboratoriestadiet, utan har uppnått kommersiell tillämpning i många industrier. Följande kommer att presentera dess tillämpningsexempel och fördelarna med de fem stora områdena förpackning, byggnad och hem, medicin, bil och jordbruk i detalj.
Förpackningar är ett av de mest använda områdena för biobaserade hartser, särskilt inom engångskonsumtionsvaror och livsmedelsförpackningar. Vanliga applikationer inkluderar:
Biologiskt nedbrytbara plastpåsar: shoppingkassar, soppåsar och expresspåsar gjorda av PLA, PBAT, stärkelsebaserade hartser, etc., som kan brytas ned under industriella komposteringsförhållanden efter användning, vilket minskar "vit förorening";
Matbehållare och servis: skålar, gafflar, skedar och koppar gjorda av material som PLA och PHA är giftfria och kan komma i kontakt med mat och släpper inte ut skadliga ämnen vid höga temperaturer;
Expressbuffertmaterial: växtfibrer eller skummade biobaserade material används för att ersätta polystyrenskum för inpackning och buffring av transportartiklar, vilket inte bara minskar plastföroreningar utan också kan brytas ned naturligt.
Bygg- och hemindustrierna omvandlas gradvis mot koldioxidsnåla och miljövänliga riktningar. Biobaserade hartser används huvudsakligen i beläggningsmaterial, lim och dekorativa komponenter i sådana applikationer:
Golvbeläggningar av bioepoxiharts: Epoximaterial baserade på vegetabiliska oljor eller naturliga polyoler har god vidhäftning, slitstyrka och kemisk stabilitet och avger inte irriterande gaser;
Lim för möbler: Lim syntetiserade från sojaprotein eller andra biobaserade monomerer kan användas för skivbindning, ytfixering etc., ersätter traditionella formaldehydbaserade lim och minskar föroreningar inomhus.
Inom medicinindustrin ställs extremt höga krav på materials biokompatibilitet och säkerhet. Biobaserade hartser har unika fördelar i följande aspekter:
Kirurgiska engångsinstrument: Engångssprutor, kirurgisk pincett, hemostatisk pincett, etc. gjorda av material som PLA och PHA är inte bara säkra och giftfria, utan bryts också ned vid kassering av medicinskt avfall;
Bioabsorberbara suturer: Suturer gjorda av PLA, PGA (polyglykolsyra), etc. kan brytas ned och absorberas naturligt i människokroppen, vilket undviker sekundär kirurgi och suturborttagning och lindrar patientens smärta;
Läkemedelsbärare och membran med fördröjd frisättning: Läkemedelsfrisättningshastigheten kontrolleras med hjälp av biohartsstruktur, som används för riktad tillförsel eller subkutana system för fördröjd frisättning.
I takt med att fordonsindustrins strävan efter energibesparing, utsläppsminskning och lättviktsminskning ökar, introduceras biobaserade material gradvis i fordonstillverkningen. Typiska tillämpningar inkluderar:
Bilinteriörmaterial: som ryggstöd, dörrlister, instrumentbrädor, etc., är gjorda av PLA-kompositmaterial eller biobaserade polyamider (som PA11), som är både vackra och miljövänliga;
Lättviktskompositpaneler: Naturfibrer (som jute- och hampafibrer) kombineras med biohartser för att göra kroppsstrukturer eller energiabsorberande strukturer, minska vikten på hela fordonet och förbättra bränsleeffektiviteten.
Jordbruk is the industry most closely related to the natural environment. The widespread use of traditional plastics has caused continuous pressure on the soil and ecological environment. The introduction of bio-based resins provides a solution for the green transformation of agriculture:
Nedbrytbar jordbrukskompost: En film gjord av stärkelsebaserade eller PLA-baserade material ersätter den traditionella PE-filmen. Den används för att täcka efter sådd och bryts automatiskt ned i jorden efter att grödan är slut, vilket eliminerar behovet av manuell återvinning;
Gödselmedelsbärare med kontrollerad frisättning: En beläggningsstruktur gjord av bioharts kontrollerar utsläppshastigheten för näringsämnen, förbättrar gödningsmedelseffektiviteten och minskar risken för övergödning av vattendrag;
Plantkrukor och plantlådor: Tillverkade av en blandning av naturfibrer och biohartser, de kan planteras direkt i jorden och bryts ned naturligt med tillväxten av växtrötter utan att jordkvaliteten påverkas.
I takt med att den globala medvetenheten om hållbar utveckling och miljöskydd växer ifrågasätts traditionella petrokemiska plaster gradvis för deras negativa påverkan på miljön. I detta sammanhang håller biobaserade miljövänliga hartser, som ett förnybart och nedbrytbart material, snabbt fram och blir en viktig drivkraft för grön omställning i många industrier. Denna typ av harts använder förnybara resurser som växtstärkelse, cellulosa, vegetabilisk olja, mjölksyra etc. som råmaterial, vilket minskar beroendet av petroleumresurser under användning, samtidigt som koldioxidutsläppen och miljöföroreningarna minskar avsevärt.
Förpackningsindustrin är ett av de mest använda och snabbast växande områdena för biobaserade hartser. Detta beror främst på branschens dubbla krav på miljöskydd och funktionalitet hos material.
Biobaserade hartser som polymjölksyra (PLA) och polyhydroxialkanoater (PHA) kan göras till nedbrytbara plastpåsar, livsmedelsförpackningsfilmer, bubbelfilmer, uttagslådor och sugrör. Efter användning kan dessa produkter sönderdelas till koldioxid och vatten genom industriella eller hemkomposterade miljöer, vilket effektivt löser problemet med "vit förorening".
Jämfört med traditionell plast är biohartsförpackningar säkrare och innehåller inga skadliga tillsatser som bisfenol A, som uppfyller säkerhetskraven för material i kontakt med livsmedel. Samtidigt har vissa biobaserade material utmärkta syre- och fuktbarriäregenskaper, vilket förlänger livsmedlets hållbarhet och är lämpliga för en mängd olika förpackningsbehov såsom kylda livsmedel, färsk frukt och grönsaker.
Många länder runt om i världen inför gradvis plastförbud eller plastrestriktioner, och konsumenternas efterfrågan på hållbara förpackningar har ökat snabbt, vilket driver marknadsandelen för biohartsförpackningar. Företag använder också gröna förpackningar som ett viktigt medel för varumärkesdifferentiering för att stärka sin miljöbild.
Inom fordonsindustrin och tillverkning av elektroniska produkter ersätter biobaserade hartser gradvis vissa traditionella tekniska plaster för att möta industrins många krav på lätta, hållbara och miljövänliga material.
Biltillverkare använder aktivt biobaserade kompositmaterial för att tillverka dörrpaneler, instrumentbrädor, mattkuddar, huvisoleringsmaterial, etc. Dessa material är inte bara lättare, vilket hjälper till att minska vikten på hela fordonet och förbättra bränsleeffektiviteten, utan också på grund av deras tillverkningsprocess med lågt koldioxidutsläpp, de är i linje med den koldioxidsnåla transformationstrenden inom bilindustrin.
I hushållsapparater, smarta telefoner, bärbara datorer och andra produkter används biobaserad plast för att tillverka höljen, tangentbordskomponenter, trådbeläggningsmaterial etc. Dess flamskydd, mekaniska styrka och termiska stabilitet har i princip uppfyllt kraven för konsumentelektronikprodukter. Vissa varumärken som Sony, Samsung, Dell, etc. har introducerat biobaserade material i sina produkter för att svara mot mål för hållbar utveckling.
Följ RoHS- och REACH-reglerna
Användningen av biohartser hjälper företag att uppfylla miljöskyddskraven i det europeiska RoHS-direktivet (Restriction of Hazardous Substances-direktivet) och REACH (Registration, Evaluation, Authorization and Restriction of Chemicals), och minskar exporthinder orsakade av bristande efterlevnad av miljöstandarder.
Inom området dagliga konsumtionsvaror blir biobaserade miljövänliga hartser gradvis en viktig kraft för att främja en grön livsstil. Det ökar inte bara produkternas mervärde, utan möter också konsumenternas strävan efter miljöskyddskoncept.
På grund av sin naturliga råvarukälla och icke-toxicitet är bioharts idealiska material för att tillverka barnleksaker. Jämfört med riskerna med tungmetaller, mjukgörare etc. som kan finnas i traditionella plastleksaker, är biobaserade leksaker säkrare och mer miljövänliga, och välkomnas allmänt av föräldrar och marknaden.
Servis, tandborstar, kammar, kosmetiska förpackningar och andra dagliga förnödenheter har börjat använda bioplaster som PLA och PBS. Dessa produkter är nedbrytbara och föroreningsfria samtidigt som de uppfyller prestandakraven och blir miljövänliga alternativ inom områdena hotell, flyg och exklusiva konsumentvaror.
Fler och fler varumärken börjar använda biohartser för att ersätta traditionella material för att visa sitt engagemang för miljöskydd. Till exempel använder vissa skönhetsmärken förpackningsflaskor av bioplast, vilket inte bara speglar konceptet hållbarhet, utan också lockar konsumenter som är oroade över miljöskyddet.
Även om den nuvarande tillämpningen inom bygg- och textilindustrin är relativt liten, får biobaserade miljövänliga hartser gradvis uppmärksamhet med sina unika fördelar och uppvisar stor utvecklingspotential.
Biobaserade hartser kan blandas med naturliga fibrer (som hampa, lin och bambufibrer) för att producera kompositpaneler, golv, dekorativa paneler, isoleringsmaterial etc. Dessa material har goda mekaniska egenskaper och termisk stabilitet. Samtidigt som de tillgodoser behoven hos byggnadsstrukturer, minskar de koldioxidavtrycket från byggnader och hjälper till att förbättra betygen för miljöcertifieringar som LEED och BREEAM.
Biobaserade epoxihartser och polyuretanhartser används ofta i vattenbaserade beläggningar, golvfärger, tätningsmedel och andra byggprodukter. De innehåller inte VOC (flyktiga organiska föreningar), förbättrar inomhusluftens kvalitet och är lämpliga för platser med höga hälsokrav som sjukhus och skolor.
Inom textilindustrin används biobaserade hartser för att producera nya miljövänliga tyger som alternativa polyesterfibrer, belagda tyger och fiberdukar. Dessa material har inte bara bra handkänsla och andningsförmåga, utan kan också brytas ned biologiskt under vissa förhållanden, vilket minskar belastningen av kasserade kläder på miljön.
I takt med att människor ägnar mer och mer uppmärksamhet åt miljöfrågor, har hållbarheten hos traditionella petroleumbaserade plaster gradvis blivit ett globalt fokus. Som en av lösningarna har biobaserade miljövänliga hartser (Bio-based Resins) blivit en viktig utvecklingsriktning inom materialvetenskap och grön tillverkning på grund av deras förnybara källor, potentiella nedbrytbarhet och låga koldioxidavtryck. I själva marknadsförings- och appliceringsprocessen står biobaserade hartser fortfarande inför en rad komplexa och sammanflätade utmaningar.
Även om biobaserade hartser har uppenbara fördelar när det gäller miljöprestanda, är deras marknadsföring fortfarande allvarligt begränsad av "kostnadsflaskhalsen" på ekonomisk nivå. Jämfört med det mogna petrokemiska plastproduktionssystemet är biohartser fortfarande i utvecklingsstadiet och saknar skaleffekter. Dess produktionsprocess involverar flera komplexa länkar såsom råmaterialextraktion, konvertering och polymerisation, med höga tekniska barriärer och låg produktionseffektivitet, vilket resulterar i höga enhetskostnader.
Marknadspriset på biohartser påverkas ofta av fluktuationer på den internationella råoljemarknaden. I perioder med låga oljepriser är kostnadsfördelen med petroleumbaserad plast mer uppenbar, vilket gör att företag saknar tillräcklig motivation att investera i relativt dyrbara biobaserade alternativ. Denna "orättvisa konkurrens" på ekonomisk nivå har i hög grad undertryckt marknadspenetrationen av biobaserade material.
För att bryta detta dödläge krävs å ena sidan politiskt stöd, som att tillhandahålla skattelättnader, gröna upphandlingsincitament eller mekanismer för handel med koldioxid för att öka företagens entusiasm att ta till sig biohartser; å andra sidan måste vetenskapliga forskningsinstitutioner och företag påskynda tekniska genombrott i nyckelprocesser, förbättra effektiviteten i omvandlingen av råvaror och minska produktionskostnaderna.
Råvarorna till biohartser kommer huvudsakligen från förnybar biomassa, såsom majs, sockerrör, träavfall, alger etc. Om storskalig kommersiell produktion ska uppnås kommer efterfrågan på råvaror till biohartser att vara mycket stor, vilket kan leda till följande två nyckelfrågor:
Konkurrens med livsmedelsförsörjning: När livsmedelsgrödor används i stora mängder inom materialindustrin kommer det att påverka fördelningen av jordbruksmark och livsmedelsförsörjningen. Till exempel används majsstärkelse ofta som råvara för polymjölksyra (PLA). Om det inte finns någon rimlig planering kan det förvärra fenomenet att "livsmedel och industri konkurrerar om mark".
Överexploatering av markresurser: För att möta industriella behov kan vissa regioner förvandla ekologiskt känsliga områden som skogar och våtmarker till energigrödor eller industriella växtbaser, vilket orsakar miljörisker som minskad biologisk mångfald, spänningar i vattenresurser och minskade kolsänkor.
För att uppnå en hållbar råvaruförsörjning för biohartser är det nödvändigt att inte bara utveckla högavkastande och stresståliga energigrödor (som söt sorghum, kassava, mikroalger etc.), utan också att främja resursutnyttjandet av jordbruksavfall och skogsbrukets biprodukter. Dessutom kommer inrättandet av en spårbarhetsmekanism för råvarukällan att hjälpa företag och konsumenter att bedöma sin miljöpåverkan och förbättra insynen i leveranskedjan.
De flesta biobaserade hartser har nedbrytbara egenskaper, speciellt polymerer som PLA och PHA. Deras "nedbrytbarhet" betyder dock inte att de snabbt kan brytas ned i den naturliga miljön. Faktum är att många biohartser kräver specifika förhållanden (som hög temperatur, hög luftfuktighet och aerob miljö) för att slutföra nedbrytningsprocessen i industriella komposteringsanläggningar.
Problemet är att de flesta delar av världen ännu inte har etablerat ett komplett industriellt komposteringssystem, särskilt i utvecklingsländer och avlägsna stadsområden, där sopor fortfarande huvudsakligen deponeras eller förbränns. Även i utvecklade länder i Europa och USA finns det regionala skillnader i täckningen av industriell kompostering.
Detta skapar en verklig motsägelse: om biohartset som påstår sig vara miljövänligt kommer in i den traditionella sopkedjan i fel behandlingssystem kommer det inte bara att misslyckas med att uppnå sitt gröna uppdrag, utan kan också bilda en pinsam situation av "pseudo-miljöskydd".
För att lösa detta problem måste ansträngningar göras på två nivåer: för det första måste regeringen påskynda byggandet av avfallsklassificering och biologiskt nedbrytbar behandlingsinfrastruktur; för det andra bör materialforskning och utveckling utvecklas i riktning mot "familjekomposteringsvänlig" eller "miljöförstöring" för att förbättra materialens förmåga att anpassa sig till en mängd olika avfallsmiljöer.
Med förbättringen av miljömedvetenheten växer produkter med märkningar som "biobaserade", "nedbrytbara" och "miljövänliga" upp på marknaden. Den nuvarande globala definitionen av dessa begrepp har dock ännu inte förenats, och olika länder och institutioner har olika standarder, vilket lätt kan förvirra konsumenter och tillverkare i förståelsen.
Till exempel är "biobaserad" inte detsamma som "nedbrytbar"; ett material kan härröra från biomassa, men det kan inte brytas ned i den naturliga miljön på grund av dess stabila struktur. På liknande sätt kan "nedbrytbar" också delas in i flera typer såsom biologiskt nedbrytbar, biokomposterbar och vattenlöslig nedbrytning, som var och en kräver olika miljöförhållanden.
Även om vissa internationella organisationer som European Committee for Standardization (CEN), ASTM International, ISO, etc. har utfärdat vissa tekniska standarder och certifieringssystem, som EN 13432 och ASTM D6400, är deras inflytande fortfarande begränsad och saknar global valuta. De komplexa och kostsamma certifieringsförfarandena avskräcker också små och medelstora företag.
Det är särskilt angeläget att skapa ett enhetligt, levande och lättförståeligt märkningssystem. Tillsynsmyndigheter bör formulera tydliga riktlinjer för produktklassificering och märkning och främja globala mekanismer för ömsesidigt erkännande för att skydda konsumenternas rättigheter och rena marknadsordningen.
Förutom ovanstående fyra stora utmaningar, involverar biobaserade hartser även följande realistiska frågor i marknadsföringsprocessen:
Prestandastabilitet: Vissa biohartser är fortfarande sämre än traditionella plaster när det gäller termisk stabilitet, mekanisk hållfasthet och UV-beständighet, vilket begränsar deras användning i högpresterande efterfrågescenarier som bilar, konstruktion och elektronik.
Bristande konsumentmedvetenhet: Många konsumenter har begränsad kunskap om miljöskyddseffekter, användning och kasseringsmetoder för "biobaserade" material, och kan till och med missbruka produkter på grund av missförstånd om nedbrytning, vilket i sin tur påverkar deras miljövärde.
Svårigheter att integrera den industriella kedjan: Ett komplett slutet system från råvaruanskaffning, bearbetning, användning till återvinning har ännu inte etablerats, särskilt i gränsöverskridande försörjningskedjor och integration inom flera branscher. Det finns fortfarande samordningshinder.
Med den ständiga utvecklingen av teknologin har prestandan hos biobaserade hartser kontinuerligt förbättrats, vilket gör dem mycket konkurrenskraftiga inom en mängd olika applikationsområden. Traditionella biobaserade hartser som polymjölksyra (PLA) och polyhydroxialkanoater (PHA) drabbades huvudsakligen av otillfredsställande prestanda jämfört med petrokemiska hartser i början, såsom lägre termisk stabilitet och hållfasthetsproblem som lätt påverkas av fukt. Under de senaste åren har materialvetare tagit några innovativa tillvägagångssätt för att gradvis lösa dessa problem.
Baserat på innovationen av biokatalysatorer och enzymkatalyserad polymerisationsteknologi, har syntesprocessen av biobaserade hartser optimerats och kontrollen av molekylkedjorna har varit mer exakt, vilket effektivt förbättrat den termiska stabiliteten och den mekaniska hållfastheten hos hartset. Genom denna metod kan forskare introducera specifika funktionella grupper i hartsmolekylerna för att få dem att ha högre värmebeständighet och kemisk beständighet, och till och med bibehålla god stabilitet i högtemperaturmiljöer. Till exempel har några nya PLA-hartser kraftigt ökat sin värmedeformationstemperatur genom att introducera speciella sammonomerer, och därigenom utökat applikationsutrymmet för PLA i högtemperaturmiljöer.
Med nanoteknikens framväxt har tillsatsen av nanomaterial som nanofibrer och nanofyllmedel till biobaserade hartser avsevärt förbättrat deras mekaniska egenskaper och seghet. Till exempel kan en blandning av grafen- eller kiseldioxidnanopartiklar i nanoskala med PLA förbättra dess draghållfasthet och slaghållfasthet avsevärt. Detta kompositmaterial har visat stor användningspotential inom områden med extremt höga materialkrav såsom flyg- och fordonsindustrin.
Med utvecklingen av 3D-utskriftsteknik expanderar tillämpningsscenarierna för biobaserade hartser ständigt. Inom området 3D-utskrift har biobaserade hartser som PLA och PHA successivt blivit ett av de vanliga materialen på grund av deras goda tryckbarhet, icke-toxicitet och nedbrytbarhet. Med hjälp av avancerad 3D-utskriftsteknik kan biobaserade hartser inte bara realisera tillverkningen av komplexa former, utan också anpassa de mekaniska egenskaperna och funktionella egenskaperna hos material efter efterfrågan, vilket gör dem mer och mer allmänt använda inom personlig anpassning, medicinsk vård, konstruktion och andra områden.
Prestandaförbättringen och den tekniska utvecklingen av biobaserade hartser har lagt grunden för deras storskaliga ersättning av traditionella plastmaterial. När tekniken fortsätter att mogna har vi anledning att tro att biobaserade hartser kommer att spela en viktig roll i mer efterfrågade områden i framtiden.
Källan till råvaror för biobaserade hartser avgör deras hållbarhet och ekonomi. Med den ökande oron för miljöpåverkan står traditionella första generationens biobaserade hartser (som majs, sockerrör, etc.) inför utmaningar med resurskonkurrens och miljöproblem. För att lösa detta problem undersöker forskare och ingenjörer andra generationens och tredje generationens råvaror, som inte bara är mer miljövänliga, utan också effektivt förbättrar resursutnyttjandet.
Andra generationens råvaror inkluderar främst jordbruksavfall, såsom halm, flis, skal etc. Dessa material deltar inte i den mänskliga näringskedjan, så de påverkar inte direkt frågor om livsmedelssäkerhet, och de betraktas ofta som avfall under bearbetningen, så användningen av dessa råvaror kan kraftigt minska produktionskostnaderna. Till exempel kan cellulosamaterial framställda av halm i många fall ersätta traditionella petrokemiska material. De har inte bara goda mekaniska egenskaper, utan kan också uppnå full livscykelförsämring. Denna idé om "avfall till värdefulla resurser" är en viktig riktning för att främja utvecklingen av biobaserade hartser.
Tredje generationens biobaserade råvaror inkluderar främst alger, mikroorganismer och marina växter. Dessa råvaror växer snabbt, är inte beroende av markresurser och kräver nästan inga ytterligare jordbruksinsatser, vilket har enorma miljömässiga och ekonomiska fördelar. Som en biobaserad råvara kan alger absorbera en stor mängd koldioxid på mycket kort tid och omvandla den till biomassa tack vare sin effektiva fotosyntes. Därför är alger inte bara en hållbar resurs, utan dess tillväxtprocess hjälper också till att mildra klimatförändringarna. Biobaserade hartser framställda av alger har inte bara goda fysikaliska och kemiska egenskaper, utan kan också effektivt minska utsläppen av växthusgaser, vilket gör dem till ett idealiskt grönt alternativt material.
När det gäller råvaruförsörjningskedjan, med uppkomsten av dessa nya råvaror, förändras också produktions- och leveranskedjans mönster för globala biobaserade hartser. Många företag har börjat optimera lokala försörjningskedjor och resurscykler och strävar efter att minska koldioxidavtrycket i produktionsprocessen. Gårdar i vissa regioner har till exempel samarbetat med gemensamma företag för att producera biobaserade hartser från jordbruksavfall för att bilda ett slutet system för försörjningskedjan, som inte bara förbättrar resursutnyttjandet, utan också ger jordbrukarna en ny ekonomisk inkomstkälla. Samtidigt har vissa framväxande produktionsmetoder som algodlingssystem också främjat storskalig produktion av biobaserade hartser i viss utsträckning.
Råvaruinnovation och optimering av försörjningskedjan are not only technical factors that promote the development of bio-based resins, but also create more stable and sustainable conditions for their large-scale application.
Regeringens politik spelar en viktig roll i främjandet av biobaserade hartser. Många länder och regioner runt om i världen har erkänt den positiva effekten av biobaserade material på miljöskydd och har främjat dem genom en rad policyer och förordningar. Till exempel, Green Deal och plaststrategin som lanserats av Europeiska unionen fastslog tydligt att Europeiska unionen gradvis kommer att fasa ut engångsplastprodukter och främja användningen av nedbrytbar plast och biobaserad plast. Införandet av dessa policyer har tvingat företag att påskynda forskning och utveckling och tillämpning av biobaserade material för att säkerställa att de förblir konkurrenskraftiga på en marknad med allt strängare miljöbestämmelser.
I Kina har regeringen också infört en rad policyer som kräver att alla typer av företag ska minska plastföroreningarna och uppmuntra utvecklingen av biobaserade och nedbrytbara material. Kinas nationella utvecklings- och reformkommission har utfärdat den "14:e femårsplanen för ekologiskt och miljöskydd", och föreslår att öka forskningen och utvecklingen av miljövänliga material och göra biobaserad plast till en nyckelriktning för framtida utveckling. Med den gradvisa implementeringen av "Plastic Restriction Order" växer också efterfrågan på biobaserade hartser på den kinesiska marknaden.
Företagens gröna ansvar och mål för hållbar utveckling har också blivit viktiga faktorer för att främja populariseringen av biobaserade hartser. Många multinationella företag, som Nike, Apple och Nestle, har införlivat miljövänliga material i sina leveranskedjor och främjat användningen av biobaserade hartser genom miljövänliga upphandlingspolicyer. Dessa företag har offentligt förbundit sig att minska plastavfallet, främja återvinning och återanvändning och aktivt delta i grön upphandling för att främja användningen av miljövänliga material inom olika områden.
Med förbättringen av den globala hanteringen av den gröna försörjningskedjan har fler och fler företag börjat inse att genom att ta till sig miljövänliga material som biobaserade hartser kan de inte bara förbättra sin varumärkesimage och konkurrenskraft på marknaden, utan också uppnå målet om hållbar utveckling genom att minska koldioxidutsläppen och minska resursförbrukningen. Denna modell för policyfrämjande och företagsansvar är nyckeln till den snabba utvecklingen av biobaserade hartser.
Miljöfördelarna med biobaserade hartser är mycket mer än låga koldioxidutsläpp under användning. Hur man uppnår effektiv återvinning och återanvändning efter slutet av produktens livscykel är nyckeln till att uppnå dess omfattande hållbarhet. Detta kräver att biobaserade hartser integreras i det cirkulära ekonomisystemet för att uppnå ett slutet kretsflöde av resurser.
Kärnan i den cirkulära ekonomin är att maximera resursernas livscykel och minska avfallsgenereringen genom en nära integration av design, användning och återvinning. För biobaserade hartser innebär detta att materialåtervinning, nedbrytbarhet och återanvändning bör övervägas i designstadiet. Till exempel, när man designar en produkt bör dess framtida återvinningsmetod beaktas, och återvinningsbara och nedbrytbara material bör användas separat för enkel demontering och återvinning. Samtidigt kan förnybar energi också användas i produktionsprocessen av biobaserade hartser för att minska koldioxidutsläppen i produktionsprocessen, för att verkligen uppnå miljövänlighet under hela livscykeln från råvaror till slutprodukter.
Nedbrytningsegenskaperna hos biobaserade hartser är också en viktig grund för deras inträde i det cirkulära ekonomisystemet. För närvarande har många biobaserade hartser, såsom PHA och PLA, visat sig kunna brytas ned i den naturliga miljön och minska föroreningar till den ekologiska miljön. Olika biobaserade hartser har olika nedbrytningshastigheter och metoder, så motsvarande val måste göras för olika användningsområden under design. Till exempel bör biobaserade hartser som används i livsmedelsförpackningar och jordbruksfilmer ha egenskaperna av snabb nedbrytning, medan långsiktiga produkter som bilar och elektroniska produkter bör fokusera mer på återvinning och återanvändning.
Med främjandet av begreppet cirkulär ekonomi har fler och fler företag och regeringar börjat uppmärksamma hur man främjar återvinning och återanvändning av biobaserade hartser genom teknisk innovation, designoptimering och politisk vägledning. Till exempel har vissa europeiska länder börjat etablera ett återvinningssystem för biobaserade material, främja blandad återvinning av bioplast och traditionell plast och omvandla dem till nya material genom kemisk återvinningsteknik.
Genom integreringen av det cirkulära materialsystemet kan biobaserade hartser inte bara minska resursslöseriet under användningsfasen, utan också effektivt återvinnas efter slutet av produktens livscykel och sättas tillbaka i produktionsprocessen för att bilda en verklig sluten slinga. Detta designkoncept för hela livscykeln är ett viktigt sätt att uppnå en hållbar utveckling av biobaserade hartser.
+86 18101032584
Nr. 60-1, Jichuan East Road, HailingIndustrial Park, Hailing District, Taizhou City.
Copyright© Taizhou Huangyan Zeyu New Material Technology Co., Ltd. Alla rättigheter reserverade.
Helt nedbrytbart råmaterial
