关键词： 生物基；可降解塑料；干货
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上期推文中我们提到，生物可降解材料乘着“碳中和”与“限塑令”的“东风”，未来可期，很多相关企业也在加速布局可降解材料领域。（点链接，看详情）
本期，我们就来详细介绍下生物可降解材料的具体种类、各自性能、优缺点和面临的挑战~
降解塑料是指在规定环境条件下，经过一段时间和多个步骤，使材料损失某些性能（如完整性、分子质量、结构或机械强度）并发生破碎的塑料。而生物降解塑料，是指在自然界土壤、沙土等条件下，或者堆肥化条件/厌氧消化条件/水性培养液中，由自然存在的微生物作用引起降解，并最终完全降解变成二氧化碳（CO2）或/和甲烷（CH4）、水（H2O）及其所含元素的矿化无机盐以及新的生物质（如微生物死体等）。
01
PLA/PHA、PBS/PBAT
傻傻分不清？
生物降解塑料按制造工艺不同，分为微生物合成降解塑料、化学合成降价塑料、天然 高分子共混降解塑料；根据原材料来源不同，分为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）、聚羟基烷酸酯（PHA）等；石化基生物降解塑料是指以化学合成的方法将石化产品单体聚合而得的塑料，如聚对苯二甲酸-己二酸丁二酯（PBAT）、聚己内酯(PCL)，聚丁二酸丁二醇酯（PBS）、二氧化碳共聚物（PPC）、聚乙醇酸（PGA)等，如下图所示。
02
两张表，看清它们的优缺点和应用
作为被替代目标的传统塑料，低密度聚乙烯LDPE具有优异的结晶性、水蒸气阻隔性和耐候性，虽然各种生物科降解塑料的特点不同，各有优缺点，能够应用在不同领域，但均不完全具备这些“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与低密度聚乙烯LDPE性能指标的对比
表2 不同生物可降解塑料在现阶段的主要应用领域
（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、良好的力学性能和易加工性。缺点是降解条件相对苛刻，但由于PLA在生物降解塑料中具有相对较低的成本，因此其消费量居于前列。PLA可以广泛用于包装、纺织等行业。
PHA具有良好的生物可降解性和生物相容性，且熔点和强度均高于LDPE，但是其生产成本过高，可达到6-7万元/吨，因此目前其商品化程度较低，而且PHA降解速率太快，导致其贮存稳定性较差。PHA可以应用于高端生物医用材料，如手术缝合线和药物载体等。
（2）石油基可降解塑料
PBAT具有较好的延展性、断裂伸长率。但是其水蒸气阻隔性和氧气阻隔性较差。PBAT可以用于餐具、化妆品瓶及药品瓶的包装、一次性医疗用品、农用薄膜、农药及化肥缓释材料。
PCL的熔点仅为60℃，使用上限温度低，而且其价格也比较高，为4-4.5万元/吨，另外其降解速率也较慢。因此，其应用范围十分受限，产业化程度较低，目前可用于高端生物医用材料等领域。
PBS具有良好的生物相容性和生物可吸收性，良好的耐热性能。PBS可以用于包装薄膜、餐具、发泡包材、日用品瓶、药品瓶、农用薄膜、农药及化肥缓释材料等领域。
PPC的水蒸气阻隔性和氧气阻隔性高，它具有较好的抗拉、抗弯、抗压和抗冲击能力，可单独用做结构材料，可作为隔氧材料，表面活性剂，陶瓷胶粘剂，热熔胶等。
PGA的熔点和强度高于LDPE ，但拉伸韧性低于LDPE ，相比PLA，PGA具有非常优异的强度和气体阻隔性，其在高性能塑料领域有着较高应用潜力，如高阻气性包装材料和工程塑料。
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目前，产量最大的两种降解塑料为PLA和PBS/PBAT，全球产能可达到30万 t/a的级别，且市场认可度较高，最有望大范围替代不可降解塑料，用于一次性塑料制品领域。
而对于PHA和PGA来说，目前其生产成本过高，商品化程度较低，且降解速率太快，贮存稳定性较差。但是，考虑到它们具有各自独特的性能，且成本在未来有望降低，因此其发展前景有待考察。
PPC、PCL等可降解塑料的现有产能和未来预计增加产能均较小，主要原因在于此类可生物降解塑料还处于产业化初级阶段，生产技术不成熟，导致市场认可度不高，现阶段无法与PLA和PBS/PBAT在替代通用塑料方面形成竞争，而是多用于高端生物医用材料领域。
03
"道阻且长"问题多
未来还需"上下求索"
从上文各种生物降解塑料的性能优缺点及应用中可以看出，生物降解塑料种类和性能虽五花八门，但也存在一些普遍问题：
（1）生产成本与价格高
成本是制约生物降解塑料市场化替代传统塑料的主要因素，大多数生物降解材料的价格是普通塑料的2~3倍，而PHA的价格则更高，达到6倍左右。
（2）性能与传统塑料相比还有很大差距
生物的降解过程会受很多因素影响，例如降解的时间与自然条件、生物降解材料的结构及配方等等，但是目前各种生物降解塑料降解周期不明确，可控性较差。并且和传统塑料相比，其可应用的综合性能还有待大大提高。
虽然生物降解材料价格较高，且单个原材料的性能各有缺陷，但是，我们也可以对生物降解材料进行不断改性，不断探索其替代传统塑料的一天。随着国家和地方政府针对塑料污染出台的一系列“限塑令”，生物可降解材料迎来加速发展期。如何规范市场、引导行业步入良性发展轨道，以及化工企业该如何布局此领域，都是我们现在亟需思考、有待解决的问题。
