關鍵詞： 生物基；可降解塑料；幹貨2216字|預計閱讀時間：6分鐘
上期推文中我們提到，生物可降解材料乘著“碳中和”與“限塑令”的“東風”，未來可期，很多相關企業也在加速佈局可降解材料領域。（點鏈接，看詳情）
本期，我們就來詳細介紹下生物可降解材料的具體種類、各自性能、優缺點和面臨的挑戰~
降解塑料是指在規定環境條件下，經過一段時間和多個步驟，使材料損失某些性能（如完整性、分子質量、結構或機械強度）並發生破碎的塑料。而生物降解塑料，是指在自然界土壤、沙土等條件下，或者堆肥化條件/厭氧消化條件/水性培養液中，由自然存在的微生物作用引起降解，並最終完全降解變成二氧化碳（CO2）或/和甲烷（CH4）、水（H2O）及其所含元素的礦化無機鹽以及新的生物質（如微生物死體等）。
01
PLA/PHA、PBS/PBAT
傻傻分不清？
生物降解塑料按制造工藝不同，分為微生物合成降解塑料、化學合成降價塑料、天然 高分子共混降解塑料；根據原材料來源不同，分為生物基生物可降解塑料和石化基生物可降解塑料。
生物基可降解塑料包括聚乳酸（PLA）、聚羥基烷酸酯（PHA）等；石化基生物降解塑料是指以化學合成的方法將石化產品單體聚合而得的塑料，如聚對苯二甲酸-己二酸丁二酯（PBAT）、聚己內酯(PCL)，聚丁二酸丁二醇酯（PBS）、二氧化碳共聚物（PPC）、聚乙醇酸（PGA)等，如下圖所示。
02
兩張表，看清它們的優缺點和應用
作為被替代目標的傳統塑料，低密度聚乙烯LDPE具有優異的結晶性、水蒸氣阻隔性和耐候性，雖然各種生物科降解塑料的特點不同，各有優缺點，能夠應用在不同領域，但均不完全具備這些“低密度聚乙烯LDPE特性”，如表1和表2。
表1 不同生物可降解塑料與低密度聚乙烯LDPE性能指標的對比
表2 不同生物可降解塑料在現階段的主要應用領域
（1）生物基可降解塑料
PLA具有可靠的生物安全性、生物可降解性、良好的力學性能和易加工性。缺點是降解條件相對苛刻，但由於PLA在生物降解塑料中具有相對較低的成本，因此其消費量居於前列。PLA可以廣泛用於包裝、紡織等行業。
PHA具有良好的生物可降解性和生物相容性，且熔點和強度均高於LDPE，但是其生產成本過高，可達到6-7萬元/噸，因此目前其商品化程度較低，而且PHA降解速率太快，導致其貯存穩定性較差。PHA可以應用於高端生物醫用材料，如手術縫合線和藥物載體等。
（2）石油基可降解塑料
PBAT具有較好的延展性、斷裂伸長率。但是其水蒸氣阻隔性和氧氣阻隔性較差。PBAT可以用於餐具、化妝品瓶及藥品瓶的包裝、一次性醫療用品、農用薄膜、農藥及化肥緩釋材料。
PCL的熔點僅為60℃，使用上限溫度低，而且其價格也比較高，為4-4.5萬元/噸，另外其降解速率也較慢。因此，其應用范圍十分受限，產業化程度較低，目前可用於高端生物醫用材料等領域。
PBS具有良好的生物相容性和生物可吸收性，良好的耐熱性能。PBS可以用於包裝薄膜、餐具、發泡包材、日用品瓶、藥品瓶、農用薄膜、農藥及化肥緩釋材料等領域。
PPC的水蒸氣阻隔性和氧氣阻隔性高，它具有較好的抗拉、抗彎、抗壓和抗沖擊能力，可單獨用做結構材料，可作為隔氧材料，表面活性劑，陶瓷膠粘劑，熱熔膠等。
PGA的熔點和強度高於LDPE ，但拉伸韌性低於LDPE ，相比PLA，PGA具有非常優異的強度和氣體阻隔性，其在高性能塑料領域有著較高應用潛力，如高阻氣性包裝材料和工程塑料。
———————–
目前，產量最大的兩種降解塑料為PLA和PBS/PBAT，全球產能可達到30萬 t/a的級別，且市場認可度較高，最有望大范圍替代不可降解塑料，用於一次性塑料制品領域。
而對於PHA和PGA來說，目前其生產成本過高，商品化程度較低，且降解速率太快，貯存穩定性較差。但是，考慮到它們具有各自獨特的性能，且成本在未來有望降低，因此其發展前景有待考察。
PPC、PCL等可降解塑料的現有產能和未來預計增加產能均較小，主要原因在於此類可生物降解塑料還處於產業化初級階段，生產技術不成熟，導致市場認可度不高，現階段無法與PLA和PBS/PBAT在替代通用塑料方面形成競爭，而是多用於高端生物醫用材料領域。
03
"道阻且長"問題多
未來還需"上下求索"
從上文各種生物降解塑料的性能優缺點及應用中可以看出，生物降解塑料種類和性能雖五花八門，但也存在一些普遍問題：
（1）生產成本與價格高
成本是制約生物降解塑料市場化替代傳統塑料的主要因素，大多數生物降解材料的價格是普通塑料的2~3倍，而PHA的價格則更高，達到6倍左右。
（2）性能與傳統塑料相比還有很大差距
生物的降解過程會受很多因素影響，例如降解的時間與自然條件、生物降解材料的結構及配方等等，但是目前各種生物降解塑料降解周期不明確，可控性較差。並且和傳統塑料相比，其可應用的綜合性能還有待大大提高。
雖然生物降解材料價格較高，且單個原材料的性能各有缺陷，但是，我們也可以對生物降解材料進行不斷改性，不斷探索其替代傳統塑料的一天。隨著國傢和地方政府針對塑料污染出臺的一系列“限塑令”，生物可降解材料迎來加速發展期。如何規范市場、引導行業步入良性發展軌道，以及化工企業該如何佈局此領域，都是我們現在亟需思考、有待解決的問題。