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全球累計生產(chǎn)的塑料有83億噸，在過去40年，塑料產(chǎn)量翻了兩番有余，但總體回收利用率不足10%——這是聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署公布的一份數(shù)據(jù)。作為塑料生產(chǎn)和消費(fèi)大國，在“雙碳”背景下，我國塑料減量與可回收任務(wù)繁重。
獲得中國化工學(xué)會2022年度技術(shù)發(fā)明獎一等獎的“新型雙向拉伸聚乙烯(BOPE)薄膜專用樹脂分子結(jié)構(gòu)調(diào)控及工業(yè)化”項目，為塑料減量與回收提供了一條新路徑。使用該技術(shù)生產(chǎn)的高強(qiáng)度BOPE薄膜，可實現(xiàn)塑料包裝減薄、減量超40%，還突破了常用復(fù)合包裝材料無法回收再利用的行業(yè)難題。
1月19日，《中國化工報》記者來到中國石化(4.530, 0.03, 0.67%)北京化工研究院(以下簡稱北化院)的實驗車間。北化院塑料加工研究所所長高達(dá)利向記者展示了他們研發(fā)的新型BOPE薄膜及制成的包裝材料樣品。記者發(fā)現(xiàn)，與普通聚乙烯薄膜相比，BOPE薄膜材料更加輕薄又不失強(qiáng)韌，已被應(yīng)用于大米、零食、寵物糧等多種商品外包裝。
國內(nèi)首創(chuàng)——聚乙烯薄膜拉伸速度達(dá)6倍/秒
據(jù)高達(dá)利介紹，自2009年起，北化院著手研發(fā)高強(qiáng)度BOPE薄膜專用料，歷經(jīng)10余年取得技術(shù)突破。“目前國內(nèi)只有中石化的聚乙烯原料能滿足6倍/秒的拉伸速度和超過50倍的綜合拉伸比，用于生產(chǎn)新型BOPE薄膜�！备哌_(dá)利表示。
他們通過設(shè)計聚乙烯樹脂的大分子鏈結(jié)構(gòu)，并調(diào)控分子鏈及聚集態(tài)結(jié)構(gòu)取向，實現(xiàn)了聚乙烯樹脂大分子鏈網(wǎng)絡(luò)的形成和網(wǎng)絡(luò)的高速重構(gòu)，解決了現(xiàn)有聚乙烯樹脂無法進(jìn)行高速高倍率雙向拉伸、生產(chǎn)高強(qiáng)度高性能聚乙烯薄膜的行業(yè)難題，并實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用。BOPE薄膜最大的亮點(diǎn)在于其強(qiáng)度顯著提升使厚度可以大幅減薄，從而達(dá)到減少塑料用量的目的。
高達(dá)利向記者介紹，傳統(tǒng)聚乙烯薄膜的加工工藝以吹塑法和流延法為主，薄膜中分子鏈結(jié)構(gòu)取向較小，分子鏈的強(qiáng)度沒有充分發(fā)揮。BOPE薄膜采用雙向拉伸工藝加工，縱向拉伸倍數(shù)可達(dá)6倍，橫向拉伸倍數(shù)可達(dá)9倍，綜合拉伸比超過50倍。
因此，BOPE薄膜中的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)得到了充分的取向，憑借取向的分子鏈和聚集態(tài)結(jié)構(gòu)，BOPE薄膜的拉伸強(qiáng)度、抗沖擊性、抗穿刺性、耐低溫性及光學(xué)性能都比現(xiàn)有聚乙烯薄膜大幅提升。他們還首次完成8.2～8.7米大幅寬雙向拉伸生產(chǎn)線上的BOPE薄膜工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)，單位時間產(chǎn)能可達(dá)4.5噸/小時，與現(xiàn)有吹膜加工工藝相比，生產(chǎn)效率顯著提高。
助力環(huán)�！獙崿F(xiàn)塑料包裝減量可回收
“這是我們中石化易捷自營品牌的大米，相比原來的塑料包裝，現(xiàn)在的包裝實現(xiàn)了減薄40%且強(qiáng)度提升�！备哌_(dá)利向記者展示了BOPE薄膜包裝成品。他又拿起另一種柔軟的日化品包裝介紹說：“現(xiàn)有的枕式包裝鋸齒很尖，特別是母嬰用品，容易讓女性和嬰兒被劃傷。BOPE材料較軟，手感更好，也更安全�！�
高達(dá)利表示，BOPE薄膜目前主要應(yīng)用于日化品、食品包裝，同時也在農(nóng)用和醫(yī)用領(lǐng)域進(jìn)行了嘗試應(yīng)用。他們利用BOPE薄膜的高強(qiáng)度、高透明性及抗穿刺抗沖擊等優(yōu)勢來提高現(xiàn)有包裝材料的性能，以達(dá)到減少破包、降低包裝厚度、減少塑料用量的目的。
塑料減量，帶來的不僅是經(jīng)濟(jì)效益，更是環(huán)保效益。“塑料領(lǐng)域的環(huán)保途徑有兩種，一種是可降解，另一種就是減量�！备哌_(dá)利說。
BOPE薄膜還能實現(xiàn)可回收�！澳壳俺宿r(nóng)用地膜、棚膜，國內(nèi)其他一次性塑料薄膜基本沒有回收。特別是日化品、食品等的軟包裝，沒有回收體系，分揀難以實現(xiàn)。并且，這些商品的包裝袋多為外層采用聚酯或尼龍，內(nèi)層為聚乙烯，多種材料復(fù)合在一起導(dǎo)致無法剝離，難以回收。如果采用單一的聚乙烯材質(zhì)，垃圾廠里所有的薄膜垃圾，只需機(jī)械分揀就可實現(xiàn)回收�！备哌_(dá)利介紹說，歐盟最新環(huán)保法規(guī)要求，2030年后歐盟使用的商品包裝袋必須實現(xiàn)“全部可回收利用”。目前在國內(nèi)，只有使用BOPE薄膜生產(chǎn)的包裝袋符合該法規(guī)要求。
期待合力——新型薄膜推廣各環(huán)節(jié)需打通
在高達(dá)利看來，BOPE薄膜新材料將給中國包裝行業(yè)帶來變革契機(jī)。“從通用塑料薄膜產(chǎn)業(yè)看，行業(yè)內(nèi)已多年沒有變革較大的產(chǎn)品。通常的產(chǎn)品都是在現(xiàn)有基礎(chǔ)上改進(jìn)，但BOPE薄膜是一種全新產(chǎn)品。”高達(dá)利說，“在食品包裝領(lǐng)域，我國每年使用的聚乙烯薄膜約600萬噸，如果有一半能用BOPE替代，實現(xiàn)減薄40%，那就是百萬噸級的塑料減量。這降低了塑料薄膜垃圾的產(chǎn)生量，也相應(yīng)減少了碳排放。”
據(jù)高達(dá)利介紹，該技術(shù)采用齊格勒—納塔催化劑，樹脂加工性能好，薄膜雙拉生產(chǎn)工藝窗口寬，生產(chǎn)線適應(yīng)性強(qiáng)�！拔覀儾捎玫耐ㄓ么呋瘎┍葒獬Ｓ玫拿饘俅呋瘎┚哂酗@著成本優(yōu)勢。”高達(dá)利表示，今后隨著生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大，BOPE薄膜的成本會進(jìn)一步下降。
目前BOPE薄膜對于下游企業(yè)來說還是一種全新材料，各環(huán)節(jié)的打通較為艱難�！拔覀冐�(fù)責(zé)生產(chǎn)原料，然后薄膜生產(chǎn)企業(yè)負(fù)責(zé)生產(chǎn)薄膜，包裝企業(yè)負(fù)責(zé)印刷制袋，最后再拿給終端用戶，產(chǎn)業(yè)鏈流程非常長�！备哌_(dá)利提出，希望產(chǎn)業(yè)鏈各方能協(xié)助推廣這種新產(chǎn)品。
高達(dá)利還表示，BOPE不是單個產(chǎn)品，而是具有不同結(jié)構(gòu)、不同性能的系列樹脂產(chǎn)品。未來他們將根據(jù)市場需求和技術(shù)發(fā)展，開發(fā)系列牌號，以滿足BOPE在包裝、醫(yī)用、農(nóng)用等不同領(lǐng)域的需求。此外，北化院還在探索雙向拉伸聚乳酸(BOPLA)薄膜的開發(fā)，以及依托自主技術(shù)開發(fā)的PBST可降解樹脂研制BOPBST薄膜，不斷滿足包裝行業(yè)對可降解材料的需求。