基于生命周期的塑料包装可持续性评价研究文献综述

 2023-08-23 04:08
  1. 文献综述(或调研报告):

塑料产业是轻工业的支柱产业之一[11],作为包装使用的塑料种类多样,又根据不同种类适用的包装功能分为外包装、内包装和个体包装等,其主要性能涵盖机械保护性、阻隔性、稳定性、安全性、加工适应性、机械加工性、方便度、物流便捷度、商品性、标准化、展示性和经济性等[1],实际应用的塑料种类与产品需求挂钩。自20世纪70年代以来,塑料工业保持发展迅速,截止2015年已经超3.22亿吨(PE2016),且全球塑料消费量以年4%的速率保持增长,[2]增长同时带来的大量塑料废物积累使得塑料可持续性利用的研究评价成了必要。本综述将就2010至2019年份的相关文献进行梳理总结。

1.基本工艺和概念

塑料常见类型有聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、高密度聚乙烯(HDPE)和丙烯腈─丁二烯─苯乙烯共聚合物(ABS)等。[12]而生物基塑料作为传统化石基塑料的有效替代,生物基塑料的关注点在于来源原料为生物质,而非可否降解,其中生物基聚乙烯、聚丙烯和聚氨酯等较具市场竞争性[13]。

生物基聚乙烯、聚丙烯和高密度聚乙烯的主要原料为生物质乙醇,常可由甘蔗、玉米秸秆、麦秸等原料通过水解和发酵工艺制得,生活中常见的普通塑料袋和塑料雨衣等基本由聚乙烯制得,容器类以及各类中空的吹塑制品常由高密度聚乙烯制成,聚丙烯是塑料中较为安全的类别,适用于食品相关的包装用途等。生物基聚对苯二甲酸乙二醇酯的主要原料对二甲苯(PX)和乙二醇(EG),生物基对二甲苯来源通常为木材废料、玉米秸秆、甘蔗渣等木质素纤维素丰富的生物质[14],可通过糖类催化转化、裂解催化、生物质重整生产合成气等工艺制得,生物基乙二醇可通过生物质水解发酵经山梨醇制取,其原料为木质素类或淀粉类生物质,如玉米淀粉等,也可通过生物乙醇化学法合成。PET塑料可用于各种线圈骨架、电子设备外壳、药品瓶、纺织品和精密仪器等。此外,以针叶材、阔叶材和树皮为原材料的快速热解油也可以替代苯酚用于制备酚醛树脂,汤健钊等[15]以木焦油为原料快速裂解制备了酚醛树脂泡沫塑料。酚醛树脂等热固性塑料为最早采用的家具类塑料制品,泡沫塑料在床垫等需要良好承压能力和弹性的制品中也有着广泛应用,如加强聚氨酯泡沫塑料等[16]。

废旧塑料的循环利用可分为物理循环利用技术和化学循环利用技术,其中物理循环利用技术采用物理(机械回收)方法实现废旧塑料循环利用,又可分为简单物理再生和物理改性再生技术,物理改性包括添加填充剂、加入纤维、增韧、共混等改性手段,化学循环利用技术也称资源化利用技术,由于城市固体废物混杂较乱,对于不易分离的塑料废物采用化学方法循环利用较为便捷,其中主要包括热分解法(热裂解和催化裂解)、超临界水油化法、焚烧热能回收技术、共焦化技术等[3]。

为评估不同回收方法的收益,生命周期评价(LCA)很早就被引入塑料研究,LCA的定义主要包括两种,一是根据国际环境毒理学和化学学会的定义:通过对能源、原材料的消耗及“三废”排放的鉴定及量化评估产品、过程或活动对环境带来负担的客观方法[4];二是国际标准化组织(ISO)的定义,根据ISO 14040(2006)界定,LCA研究具有四原则:

1. 目标和范围的定义;目标明确,研究范围和功能单元(FU)设置在系统的边界内。

2. 生命周期库存(LCI)或库存分析:在这个阶段,质量和能量平衡被建立,系统的输入/输出被定义。

3.生命周期影响评估(LCIA):在这个阶段,利用影响指标,以设定的幅度和值来评估影响和负担。

4. 生命周期解释:这是对研究进行系统评估的最后阶段,并得出关于范围和FU(功能单位)的结论。[2]

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