产业 | 全面解读我国生物降解塑料

合成高分子材料由于具有质轻、耐腐蚀等优异特性，很大程度上代替了传统天然材料如玻璃、金属、陶瓷等。但塑料由于在自然环境中的化学稳定性以及广泛使用，其废弃物对环境造

了极大的负担。因此，开发具有生物降解性能的高分子材料对于解决塑料废弃物污染具有重大意义。近年来，降解塑料技术日趋成熟，而利好政策的出台进一步加速了其产业化进程。目前降解塑料市场需求巨大，将迎来发展的黄金时期。研发品类丰富，多种材料已产业化

开发可自然降解的塑料制品来替代普遍使用的普通塑料制品是20世纪90年代的热点。近年来，随着原料生产和制品加工技术的进步，降解塑料尤其是生物降解塑料重新受到关注，成为可持续和循环经济发展的亮点。

生物降解塑料是指，在自然界如土壤和/或沙土等条件下，和/或特定条件如堆肥化条件下或厌氧消化条件下或水性培养液中，由自然界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的塑料。生物降解塑料因为在一定条件下可以生物降解，不增加环境负荷，是解决白色污染的有效途径。

按照来源，生物降解高分子材料可分为三类：天然高分子、微生物合成高分子和化学合成高分子。

全球研发的可降解塑料多达几十种，其中能工业化生产的主要包括化学合成的PBAT、PLA、PBS；微生物发酵合成的聚羟基脂肪酸酯（PHA），以及天然高分子淀粉与其共混物，如淀粉/PVA、淀粉/PBS、淀粉/PLA等。

一、聚丁二酸丁二醇酯（PBS）
PBS由丁二醇和丁二酸缩聚反应所得，具有较高的熔点，略作改性就能够承受100℃的高温，降解性能优异，可在自然条件下进行生物降解。

国内PBS研究始于21世纪初期，主要研究单位有中国科学院理化技术研究所工程塑料国家工程研究中心、清华大学、四川大学等

PBS加工方便、耐热性好、综合力学性能优异、用途广泛，既可以用于可降解包装（食品袋、瓶子、餐盒餐具）、农业领域（农用薄膜、化肥缓释材料），还可以用于医用领域（如人造软骨、缝合线、支架）等。

二、聚己二酸对苯二甲酸丁二醇共聚酯（PBAT）
PBAT是降解聚酯的另一种常见产品，目前业内一般将其归属PBS的同系列产品。PBAT是脂肪族-芳香族共聚酯，结晶率低，分子链有柔性的脂肪链和刚性的芳环，具有优良的力学性能。而且由于脂肪族酯键的存在，同时具有良好的生物可降解性，可自然降解。    

PBAT可由己二酸（AA）、对苯二甲酸（PTA）和1,4-丁二醇（BDO），在催化剂的作用下直接酯化后熔融缩聚而成。具有十分优异的成膜性能，广泛用于地膜、膜袋包装等领域，是目前发展最快、应用最广泛的降解塑料品种之一。我国已建和在建PBS/PBAT产能情况如表1所示。

三、聚乳酸（PLA）

PLA又称聚丙交酯，以乳酸或其衍生物乳酸酯为原料，来源可再生。适宜注塑、吹塑、热成型、挤出、流延、熔融纺丝和静电纺丝等多种加工工艺。  

PLA是比较典型的生物质基降解塑料，其原料乳酸大多通过淀粉等发酵制备得到。

PLA可在堆肥条件下完全将降解，具有较好的生物相容性和生物吸收性，广泛应用于生物医用材料领域。PLA产品工业化、市场化程度比较领先。世界PLA生产商有近20家，主要集中在美国、德国、日本和中国。美国NatureWorks公司为全球最大的PLA生产商，拥有14万吨/年的PLA生产装置，产品主要用于包装和纤维。近两年我国PLA的生产进入飞速发展阶段，目前已建和在建的PLA装置如表2所示。

三、微生物合成聚酯－聚羟基脂肪酸酯（PHA）

PHA由于在不同的环境中都具有较高的降解能力，并且可以利用多种可再生原料（如葡萄糖、脂肪）作为培养微生物的碳源，吸引了科技界和工业界的广泛关注。PHA可完全生物降解、易加工成型，但是其耐热性和成膜性差且价格昂贵，适宜应用于生物医用材料（植入人体材料或缓释药物），或是包装材料、无纺布、高性能粘合剂等。在PHA主链中引入其他的HA结构单进行共聚可以有效改善PHA材料的力学性能和加工性能。另外，PHA还具有生物相容性、气体阻隔性和光学活性，使其与一般生物降解高分子材料相比，具有更特殊的应用。

不同类型的PHA可以通过不同的生物合成途径，由微生物的细胞中提取，然后再经过加工成型，制备出各种性能的塑料制品。微生物合成PHA的过程中主要有碳源、菌种、发酵过程控制和提取纯化技术4种影响因素。

四、二氧化碳共聚物（PPC）

国外最早研究PPC的是日本和美国，但一直没有工业化生产。我国于1985年由国家自然科学基金开始立项研究。PPC是以二氧化碳矿源或工业生产的二氧化碳废气为原料，与环氧丙烷或环氧乙烷催化合成得到的脂肪族聚碳酸酯聚合物。目前主要用于发泡材料、薄膜包装和医用材料。产业化PPC的密度为125～130g/cm3，拉伸强度为30MPa。

五、合金化、廉价化是改性的主要方向
由于降解塑料品种相对少，很难保证每一个制品都能找到合适的降解塑料树脂，如PBS、PBAT韧性好，但强度较低；PLA强度高，透明性好，但韧性差；PHB有优异的气体阻隔性，但加工性能一般。因此，如何撷取各种降解塑料的优点，取长补短地满足制品的具体需求，是降解塑料应用的重要技术。

目前降解塑料树脂价格相对较高，而降解塑料制品大多是普通的日用品，这将严重阻碍降解塑料制品的大规模推广应用。开发廉价的降解塑料制品是降解塑料应用的核心内容之一，因此淀粉、碳酸钙、滑石粉等不影响制品降解性能并能被环境消纳的致廉剂在降解塑料改性体系中的应用，尤其是高比例的填充技术，成为降解塑料制品开发的重要技术之一。

六、技术日趋成熟，应用飞速发展
近几年，生物降解塑料的应用飞速发展。目前生产和应用的降解塑料制品主要有包装膜、垃圾袋、餐饮具以及医用、农用地膜等。

1、商超用包装袋

商超用包装袋是目前国内产量最大、技术最成熟的降解塑料制品，也最为常用和受民众关注。从吉林第244号政府令、海南的禁塑令到刚出台的《关于进一步加强塑料污染治理的意见》（即俗称“禁塑令”），都把商超包装袋作为首要的禁塑制品。目前我国全生物降解包装袋生产企业众多，产品不仅可满足目前国内需求，还可规模出口。

2、一次性餐饮具

随着近年外卖的飞速发展，一次性餐饮具的污染广受关注。但由于餐饮具的高耐热要求，全生物降解餐饮具产品技术没有完全达到要求，目前市场上大量的降解餐饮具仍是纸制品。随着生产的发展和降解改性技术的提升，预计全生物降解塑料餐饮具将很快可以满足市场需求。

3、生物降解地膜

地膜已广泛应用于农业生产，在增温保湿、抗虫防病、除草增产方面作用显著，其生产、应用技术成熟，增产增收效益巨大。但国内多年来大面积的超薄地膜使用后的残膜无法彻底清理回收，而且PE地膜因性能稳定极难降解，导致残膜在土壤中的比重逐年增加。

目前，完全生物降解地膜在新疆等部分地区、部分农作物上进行了少量试用，但尚无真正大面积应用。从农田应用试验效果上看，其能够达到完全降解的效果，但增温保墒功能与增产作用不稳定，在部分气候干燥地区及烟草、大蒜、花生等使用时间并不苛刻的作物上使用，有较好的效果。

七、政策利好，降解塑料迎来黄金发展期

我国是塑料生产和消费大国，也是白色污染最严重的国家之一。因此，我国各级政府向来高度重视塑料污染的治理和以降解塑料为代表的塑料制品替代品的开发技术。

2020年1月19日，国家发改委、生态环境部公布《关于进一步加强塑料污染治理的意见》，要求到2020年底，我国将率先在部分地区、部分领域禁止、限制部分塑料制品的生产、销售和使用；

随着国家禁塑相关政策的出台，降解塑料迎来了最佳发展期。近两年我国已经有大量企业进入降解塑料领域，降解塑料产能正在飞速上涨，但目前产能短期内还是满足不了国家禁塑令导致的市场巨大需求。预计未来十年，将是我国降解塑料发展的黄金十年。