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生物降解塑料品类有哪些?生物基&石化基究竟有何区别?

发表时间: 2020-10-26 09:42:50

作者: 珠海市易科德环保新材料有限公司

来源: https://m.sohu.com/a/403965625_99915829

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我国国家发改委于 2020 年 1 月 19 日正式发布了“关于进一步加强塑料污染治理的意见”,2019 年出台的土壤法明确了鼓励使用生物降解农膜,2019 年国务院常务会议通过的《固体废物污染环境防治法(修订草案)》中明确了鼓励研发与生产环境中可降解的薄膜覆盖物和商品包装物。

我国国家发改委于 2020 年 1 月 19 日正式发布了“关于进一步加强塑料污染治理的意见”,2019 年出台的土壤法明确了鼓励使用生物降解农膜,2019 年国务院常务会议通过的《固体废物污染环境防治法(修订草案)》中明确了鼓励研发与生产环境中可降解的薄膜覆盖物和商品包装物。

海南省规定从 2020 年 12 月开始全面禁止不可降解一次性塑料购物袋与餐饮具等,吉林省从2015 年1 月1 日就已开始在全省范围内实施“禁塑令”,我国部分城市已开始强制执行城市生活垃圾分类,电子商务包装、邮政快件包装、外卖包装的绿色化已是趋势。

生物降解材料的生产、销售、使用开始从示范推广逐渐向大规模工业化阶段过渡。

目前,全球生物降解塑料的产能约为 1000 kt 左右,年增长率超过 20% 。PLA、PHA、PBAT、PPC 等生物降解材料不仅在性能上有显著提高,生产成本不断降低,市场竞争力持续增强,其应用也不再仅限于高端领域,开始规模化应用于纤维、日用膜袋、农用地膜等生活日用品领域。

01

主要品类

根据生物降解塑料的原料来源,可将其分为生物基生物降解塑料及石化基生物降解塑料两类。

生物基生物降解塑料主要可分为四类:第一类为天然材料直接加工得到的塑料;第二类为微生物发酵和化学合成共同参与得到的聚合物;第三类为由微生物直接合成的聚合物;第四类为以上这些材料共混加工得到的或这些材料和其他化学合成的生物降解塑料共混加工得到的生物降解塑料。

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PBAT、聚丁 二酸丁二醇酯(PBS)、二氧化碳共聚物(PPC)等。

生物基生物降解塑料

01

天然高分子材料类生物降解塑料

可用于制备生物降解塑料的天然高分子原料来源有植物和动物两类,植物来源包括淀粉、纤维素、木质素及其衍生物等,动物来源包括明胶、甲壳素、朊乙酰化甲壳素、壳聚糖及其衍生物等。

通过对天然高分子材料改性,使其具有热可塑性,是制备天然高分子材料类生物降解塑料的主要方法。

早在18 世纪,以消化纤维素为原料,制得赛璐珞是最早利用天然高分子制造塑料的例子。之后,又有用天然多糖改性得到乙酰纤维素,用于制造照相胶卷底基材料。再之后,又有聚氨酯化纤维素、木质素、直链淀粉、酪蛋白塑料等。

目前市场上,利用天然高分子生产的生物降解塑料,主要有热塑性淀粉、生物纤维素、多糖类和聚氨基酸以及其共混改性、化学改性的产物。

02

PLA

PLA 的原料为乳酸,主要由玉米淀粉等生物质资源合成,是生物基生物降解塑料的代表之一。

最近的 一些研究发现了原料来源更为广泛的合成办法,例如用木薯、甜菜甚至是农作物的秸秆纤维素等制备乳酸后合成PLA。

PLA的合成主要有3 种途径:一是乳酸直接缩合;二是将乳酸合成丙交酯,再催化开环聚合;三是固相聚合。国内PLA 的合成路线大多以第二种途径为主。

中国科学院长春应用化学研究所与浙江海正生物材料股份有限公司从2000 年开始合作,于2008 年建成了国内第一条PLA 中试生产线,目前,浙江海正已是国内产业化规模最大的PLA 企业,覆盖了挤片、注塑、吸塑、纺丝、双向拉伸膜、吹膜等不同加工用途的产品。

全球PLA 产能约为 280 kt/年,表观消费量约为160 kt/年。国外PLA 产能约为230 kt/年,消费量约为130 kt/年,主要生产企业为美国Nature Works 公司和荷兰Total Corbion 公司。

目前,PLA在国内的产能约为50 kt/年,表观消费量超过 30 kt/年。浙江海正生物材料股份有限公司现有15 kt/年PLA生产能力,且有一条年产60 kt的生产线正在建设中。此外,国内外还有多家PLA原料生产企业及正在建设或计划建设PLA生产线的企业。

03

PHA

PHA 是一大家族材料,目前已发现 150 多种不同的单体结构,但实际得到规模化生产的仅有几种。

我国对PHA 的研究开始较早,并得到了科技部重大科技项目以及国家自然基金委、国家发改委等的研究支持,经过多年的投入,技术已处于世界领先水平, 曾利用现代基因工程技术,在世界上首次实现了基因工程菌生产聚β‑羟基丁酸(PHB)和3‑羟 基丁酸与3‑羟基己酸的共聚酯(PHBHHx)。

目前,国外生产PHA 的企业主要有日本Kaneka 公司、巴西 Biocycle 公司和德国Biomers 公司等。国内,宁波天安生物材料有限公司拥有年产2 kt 的PHA 生产线;天津国韵生物科技有限公司现有年产10 kt 的PHA 生产线,并计划在吉林建设 100 kt 规模的生产线。北京蓝晶微生物科技有限公司于2017年12月宣布完成生物可降解材料PHA 的中试试生产,2018年初,公司在深圳建立了研发中心并投入运行。2019年其又与清华大学、中化国际轻量化材料事业部签署战略合作协 议,使用价格低廉的海水作为底物,实现 PHA 的产业化,有可能实现低成本的生产技术。

表1:国外生物降解塑料生产企业及产能情况

表2:国内生物降解塑料生产企业及产能情况

石化基生物降解塑料

01

二元酸二元醇共聚酯

全球二元酸二元醇共聚酯[PBAT 、PBS、聚丁二酸‑己二酸丁二酯(PBSA)]生产能力已超400 kt/年,我国产能已超过 200 kt/年。PBS 及PBSA 虽开发较早, 但受其自身性能限制,市场用量不及PBAT,目前全球二元酸二元醇共聚酯的生产都以PBAT 为主。PBAT 因其具有高韧性,在各类薄膜制品的生产中用量较大。

国内目前供应二元酸二元醇共聚酯原料的企业主要生产商有珠海万通化工有限公司、广州金发科技股份有限公司、新疆蓝山屯河化工股份有限公司、金晖兆隆高新科技股份有限公司、杭州鑫富科技有限公司。

另外,包括 南通龙达生物新材料科技有限公司、甘肃莫高聚和环保新材料科技有限公司、营口康辉石化有限公司、重庆鸿庆达产业有限公司、鹤壁莱闰新材料科技有限公司在内的多家企业在建产能已超过100 kt, 预计2020 年底PBAT和PBS的总产能将在250 kt/年左右。

另外 浙江华峰新材料股份有限公司、彤程新材料集团股份有限公司、中国蓝星(集团)股份有限公司南通星辰合成材料有限公司、万华化学集团股份有限公司这些大集团公司也正在筹备PBAT 的生产线建设, 可以预测,在近3年内PBAT 基本能满足国内塑料污染防治的禁限实施后对生物降解的需求。

(如有遗漏企业,欢迎留言补充~)

02

PPC

浙江台州邦丰塑料有限公司依靠长春应化所的专利技术建设了产能为 15 kt/年的PPC生产线,目前处于暂时停产。

中科院长春应用化学研究所与吉林博大东方新材料有限公司合作,在吉林计划建设30 kt/年规模的生产线。河南天冠集团有限公司自主研发二氧化碳捕获技术和成套装备,拥有10 余项专利及5 kt/年的PPC生产能力。

江苏中科金龙化工股份有限公司也是国内生产PPC 的代表企业,其PPC 产能达15 kt/年。南通华盛高聚物科技发展有限公司在PPC 改性和膜加工方面技术领先,产品出口国外。

03

其他石化基生物降解塑料

其他石化基生物降解塑料还有聚己内酯(PCL)、聚乙醇酸(聚乙交酯,PGA)。

PCL 国外生产公司主要是瑞典Perstorp 公司,国内的生产企业主要有 湖南聚仁化工新材料科技有限公司、深圳光华伟业股份有限公司、孝感市易生新材料有限公司、山东吉鲁己内酯特种材料有限公司等

(如有遗漏企业,欢迎留言补充~)

PGA 主要是 上海浦景化工技术股份有限公司与中国神华煤制油化工有限公司进行股权合作,2018 年在内蒙古开始建设万吨级PGA 生产线项目。聚对二氧环己酮(PPDO),是一种综合性能较好、易化学回收的可生物降解聚酯聚醚,目前主要由四川大学在中试化阶段。

共混类生物降解塑料

共混类生物降解塑料,目前主要是以 PBAT 和PLA 共混、淀粉热塑化后与 PBAT 等材料共混、PLA 与滑石粉、碳酸钙等无机材料共混为主来制备制品。

国外该类材料的生产企业主要有意大利Novonmont 公司、德国Biotech 公司、德国FKuR Kunststoff 公司、德国Beo Plast 公司、日本Corn Starch 公司、澳大利亚Cardia Bioplastics公司、美国 Green Dot Bioplastics 公司、印度

Nature Tec公司、西班牙 NUREL Engineering 公司等。

我国一些此类材料且产量较大的生产企业有江苏华盛材料科技集团有限公司、合肥恒鑫环保科技有限公司、漳州绿塑新材料有限公司、湖北光合生物科技有限公司、江苏天仁生物材料有限公司、江西禾尔斯环保科技有限公司、北京绿程生物材料技术有限公司、广州碧嘉材料科技有限公司、江苏金之虹新材料有限公司、宁波家联科技股份有限公司、浙江南益生物科技有限公司、中船重工鹏力(南京)塑造科技有限公司、吉林省开顺新材料有限公司、山东斯达克生物降解科技有限公司、营口永胜降解塑料有限公司、江西省萍乡市轩品塑胶制品有限公司、浙江钧科新材料有限公司、深圳万达杰环保新材料股份有限公司、安徽华驰塑业有限公司、江阴市杲信化纤有限公司等。

(如有遗漏企业,欢迎留言补充~)

我国在淀粉基塑料的研究和生产方面的起步较晚但发展较快,在一次性餐具、包装薄膜、垃圾袋等生活消费品领域都有广泛应用,目前的年产能已超过800 kt。

武汉华丽生物材料有限公司的PSM® 生物塑料及制品以木薯淀粉、秸秆纤维为主要原料,产能达60 kt/年。

江苏龙骏环保实业发展有限公司年产量达到30 kt,以淀粉为主要原料的天纯®生物基餐饮食品包装,大量用于餐饮外卖包装。

此外,淀粉基塑料方面的生产企业还包括: 深圳虹彩新材料科技有限公司、苏州汉丰新材料股份有限公司、比澳格(南京)环保材料有限公司、浙江绿禾生态科技有限公司、浙江华发生态科技有限公司、南京五瑞生物降解新材料研究院有限公司、广东省华芝路生物材料有限公司、江苏中科成长环保科技有限公司、珠海市易科德环保新材料有限公司等。

秸秆类塑料生产企业主要有 江苏锦禾高新科技股份有限公司、浙江谷之源生物科技有限公司等。

以上所有类型中涉及到的相关企业,如有遗漏,欢迎各位小伙伴们在留言区补充/评论!

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(全国卷 端午版)

考试规则:点击你认为正确的选项

1.下列属于生物基生物降解塑料的是?

A. PPC

回答错误 

解析:PPC属于石化基生物降解塑料,不属于生物基生物降解塑料。

B. PBAT

回答错误 

解析:目前全球二元酸二元醇共聚酯的生产都以PBAT 为主,而二元酸二元醇共聚酯属于石化基生物降解塑料,并不属于生物基生物降解塑料。

C. PLA

回答正确 

解析:你认为呢?

D. PGA

回答错误 

解析:PGA和PCL都属于其他石化基生物降解塑料,并不属于生物基生物降解塑料。

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