塑料是二十世纪的重大发明,也是最常见的化工产品之一,生活中的方方面面都能见到塑料的影子:快递包装、外卖盒、超市购物袋、塑料瓶等等。塑料可以替代金属、木材或玻璃等物料,使用便捷、便于储存和运输,推动了快递、外卖等行业的迅猛发展。但是塑料袋降解困难,会对环境造成很大的破坏,以塑料袋为代表的白色垃圾成为了世界公认的白色垃圾。
传统塑料难以降解。传统塑料主要是经过高温高压催化剂等条件下聚合形成的高分子聚合物产品,其化学结构呈网状,碳氢分子长链十分牢固,分子间聚合力很大,具有常温物理化学性能稳定、耐酸碱腐蚀等特性,较高的分子量和稳定结晶结构也导致它耐受性很好,阳光、热量或细菌都难以破坏其结构,自然条件下难以降解。
未降解的废弃塑料会对社会和生态环境带来很大的危害。多数科学家估计,每年有800 万吨的塑料倾倒入海洋中,目前海洋中估计有 1.5 亿吨塑料,根据海洋管理局的资料,在未来不到 10 年的时间,科学家预测海洋中将会有 2.5 亿吨塑料,这会对海洋生物造成致命的打击。同时,塑料合成过程中为了达到使用要求,需要添加很多助剂,这些助剂绝大部分都是有毒的,可以使土壤板结,破坏土壤结构,引起土壤生物性污染,破坏土壤生态环境。
可降解塑料是指其制品的各项性能可满足使用性能要求,在保存期内性能不变,而使用后在自然环境条件下能降解成对环境无害的物质的塑料。
可降解塑料可以通过降解方式或者原料的不同进行分类。按照降解方式分类,可降解塑料可以分为生物降解塑料、光降解塑料、光和生物降解塑料、水降解塑料四大类。目前,光降解塑料、光和生物降解塑料的技术还不成熟,市场上的产品较少。按照原材料划分,可降解塑料又可分为生物基可降解塑料和石油基可降解塑料。生物基可降解塑料是以生物质为原料生产的塑料,能够减少对石油等传统能源的消耗,主要包括PLA(聚乳酸)、PHA(聚羟基烷酸酯)、PGA(聚谷氨酸)等。石油基可降解塑料是以化石能源为原料生产的塑料,主要包括PBS(聚丁二酸丁二醇酯)、PBAT(聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯)、PCL(聚己内酯)等。
可降解塑料在性能、实用性、降解性、安全性上都有其优势。在性能上,可降解塑料可以达到或在某些特定领域超过传统塑料的性能;在实用性上,可降解塑料有与同类传统塑料相近的应用性能和卫生性能;在降解性上,可降解塑料在使用后,可以在自然环境下(特定微生物、温度、湿度)较快完成降解,并成为易被环境利用的碎片或无毒气体,减少对环境的影响;在安全性上,可降解塑料降解过程产生或残留的物质对环境无害,不会影响人类和其他生物的生存。而目前替代传统塑料的最大阻碍,也是可降解塑料的缺点是其生产成本较同类传统塑料或再生塑料高。因此,在包装、农膜等使用时间短、难以回收分离、对性能要求不高、对杂质含量要求高的应用领域,可降解塑料更具替代优势。
可降解塑料中PLA、PBAT的生产较为成熟,且总产能占比居于前列;PHA的性能优异,随着成本下降,未来有望从医疗高端领域拓展至包装、农膜等更大的市场。这三种可降解塑料或成为替代传统塑料的主力。
PLA:是最常见的可降解塑料之一,是以乳酸为主要原料聚合得到的聚合物。PLA生产过程无污染,而且产品可以生物降解,使用后的PLA可以通过堆肥,在温度高于55℃或富氧和微生物作用下降解为二氧化碳和水,实现在自然界中的物质循环,不会对环境产生影响。目前聚乳酸的生产主要采用丙交酯开环聚合工艺将乳酸先脱水生成低聚物,然后解聚生成丙交酯,再开环聚合制得聚乳酸。PLA还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,广泛用于包装、纺织行业、农用地膜和生物医用高分子等行业。PLA的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,PLA的消费量居于前列。
PBS:是由丁二酸和1,4-丁二醇经缩合聚合而成,原料来源为石油或生物资源发酵。PBS易被自然界的多种微生物或酶最终分解为二氧化碳和水,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。由于我国丁二酸原料有限,PBS的衍生物PBAT和PBSA顺应而生,其与PBS的性能基本相似,但加工性能不及PBS。
PBAT:属于热塑性可降解塑料,一般以脂肪族酸、丁二醇为原料,经石化途径或生物发酵途径生产,既有较好的延展性和断裂伸长率,也有较好的耐热性和冲击性能。由于PBAT的成膜性能良好,易于吹膜,广泛用于一次性包装膜及农膜领域。此外,PBAT还具有优良的生物降解性,是可降解塑料研究中非常活跃和市场应用最好降解材料之一。
PHA:PHAs类可降解塑料有聚羟基脂肪酸酯(PHA)、聚3-羟基丁酸酯(PHB)、3-羟基丁酸酯和3-羟基戊酸酯的共聚物(PHBV)以及3-羟基丁酸酯和3-羟基己酸酯的共聚物(PHBH)。PHAs类可降解塑料是细菌在生长条件不平衡时的产物。在众多可降解塑料中,PHA的降解方式是最特别的,使用完后PHA可以在生物体内完全降解成β-羟基丁酸、二氧化碳和水。PHAs类可降解塑料热变形温度高、具有良好的生物相容性,但加工温度范围窄、热稳定性差、脆性大、生产质量不稳定,可用于一次性用品、医疗器械手术服、包装袋和堆肥袋、医用缝线、修复装置、绷带、骨科针、防粘连膜及支架等领域。
除PLA、PBAT和PHA外,在西欧使用量最大的是淀粉基塑料(又称淀粉化合物或淀粉混合物)。淀粉基塑料是改性淀粉与可降解聚酯(如PLA/PBAT/PBS/PHA等)的共混物,可完全生物降解,可堆肥,对环境无污染。淀粉基塑料虽然价格便宜,但使用寿命、机械性能以及印刷性能都较差。
多种可降解塑料共同主导全球可降解塑料市场。据智研咨询数据,2019年全球可降解塑料产能合计约为107.7万吨,以淀粉基塑料为主。2019年淀粉基塑料产能为44.94万吨,占全球可降解塑料产能的38.4%,PLA、PBAT分别占25.0%和24.1%,位居二、三位。不同地区的可降解塑料的结构也有所不同。
PLA、PBAT、PHA是可降解材料未来的主要发展方向。PLA和PBAT的市场占比较大,是目前可降解材料替代传统塑料的主要产品,主要因为这两种材料有较好的力学性能以及相对其他降解材料更低的价格和成本,替代阻力较小。可降解材料主要应用领域为包装膜和农膜等领域正是得益于PLA和PBAT对传统塑料的替代。PHA是最有潜力的可降解塑料之一。主要因为PHA具有优异的力学性能以及降解性能,可以100%完全在生物体内进行降解。相比PLA和PBAT而言,PHA的降解条件是最温和的。但由于PHA生产成本高昂,价格超过了其他大部分可降解塑料,故在可降解塑料市场中占有率仅为2%,暂时主要用于医疗器械等高附加值领域。随着成本的进一步降低以及高附加值应用的开发,将成为一种成本可被市场接受的多应用领域生物材料。
根据发改委发布的《意见》,传统塑料被主要在四个重点领域被限制,分别是不可降解塑料袋、一次性塑料餐具、宾馆酒店一次性用品、快速塑料包装,基于此,可降解塑料具有可替代性的领域主要是餐饮(打包&外卖)、商超、集贸市场等领域的塑料购物袋,以及一次性塑料餐具和快递塑料包装,此外,农膜也是可降解塑料的重点替代领域。
按照《意见》的实施时间线,到 2025 年禁塑令完成实施后,上述领域可降解塑料替代空间达到 250 万吨,当前可降解塑料价格高达 3.5~4 万元/吨,考虑到未来行业内在建产能的逐步投产以及技术进步带来成本的下降,以平均含税价 2 万元/吨计算,将形成 500 亿元的市场规模。
金发科技:改性塑料行业龙头,加速布局可降解塑料领域
金发科技的主要产品包括改性塑料、完全生物降解塑料、高性能碳纤维及复合材料、特种工程塑料、轻烃及氢能源、环保高性能再生塑料和医疗健康产品等七大类,是改性塑料和完全可降解塑料领域的头部公司。
公司现有年产 7.1 万吨完全生物降解塑料的生产线,并正在建设两条新的生产线。其中,年产 6 万吨的 PBAT 生产线预计在 2021 年上半年完工,而年产 3 万吨 PLA 产线预计在 2021 年 Q4 完工。2020 年上半年,金发科技可降解塑料产品实现销量 3.14 万吨,同比增长 49.28%,其中国内市场占比约为 20%。随着公司在建生物降解塑料工程项目的逐渐完工,公司的盈利能力有望得到持续提升。
由于防疫相关物料的全球需求在上半年集中释放,公司半年度业绩历史新高,上半年实现销售 16.30 亿元,其中个人防护类和医用类口罩的销售共销售 3.92 亿只。
金丹科技:依靠乳酸产业优势,积极布局 PLA 产业
金丹科技主要从事乳酸及乳酸盐类的生产与销售。其主要产品包括 L-乳酸、乳酸钙、乳酸钠等多个产品,产能约为 12.8 万吨/年,是国内最大,也是全球主要的生产企业,2018 年市场占有率达 18.34%。
在加强乳酸及乳酸盐等主营业务的基础之上,公司还积极布局 PLA 可降解塑料领域。2016 年 7 月 9 日河南金丹科技与南京大学、南京工业大学举行签约仪式,共同签署了《南京大学、南京工业大学、河南金丹乳酸科技股份有限公司创新战略合作联盟协议书》,合作成立金丹生物新材料公司。公司开始建设 1 万吨丙交酯生产线,同时规划了 5万吨高光纯乳酸及 1 万吨聚乳酸产能。未来,公司将继续以丙交酯、聚乳酸为原料推进生产可降解塑料、纤维、医用新型材料、乳化剂等。
2019 年公司整体营业收入 8.78 亿元,同比增加 9.5%,归母净利润 1.15 亿元,同比增加 38.0%,毛利率 34.2%。2019 年,公司经营活动现金流净额为 1.56 亿元,比 2018年有所提升。
瑞丰高材:主营 PVC 助剂业务,可降解塑料打造发展新引擎
瑞丰高材是国内高分子助剂的领先企业,其中 PVC 加工助剂和抗冲改性剂位居国内头部地位,ACR 产品在 PVC 地板行业的市场份额最高,且主要以出口欧美为主。2020 年 3 月,公司公告称拟投资不超过 3.2 亿元,在现有厂区内建设年产 6 万吨PBAT 生物降解塑料项目。待新增 6 万吨/年 PBAT 产能达产,公司有望享受到可降解塑料行业早期红利。
彤程新材:橡胶助剂头部企业,拟与巴斯夫合作生产 PBAT 产品
拟与巴斯夫合作生产 PBAT,多维度新材料布局实现在即。公司主要业务是为下游轮胎制造商提供配套橡胶助剂产品,同时多维度布局新材料业务。一方面,公司携手巴斯夫,积极进行可降解聚酯材料(PBAT)的合成开发和加工应用,为未来的新项目提供了有力的技术支撑:2020 年 5 月 28 日,公司获得巴斯夫授权,可根据巴斯夫高质量标准生产和销售经认证可堆肥脂肪-芳香族共聚酯(PBAT)。公司拟投资约 6.7 亿建设 10万吨/年可生物降解材料项目(一期),预计于 2022 年第二季度投产,可年产 6 万吨/年PBAT;另一方面,公司与北京化工大学联合开发的可降解胎面用橡胶,性能经过评价,已经能够初步满足轮胎对橡胶的性能要求,后续将进一步研究其耐磨、耐撕裂、界面粘合、自密封等性能。
不构成投资建议,股市有风险,投资需谨慎。
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