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2018年全球生物可降解塑料的市場額超過11億美元，需求量為36萬噸，年平均增長率9%，有望在2023年達到17億美元，需求量到55萬噸，其中PLA將扮演重要角色，食品包裝等領(lǐng)域發(fā)展最快。
食品包裝，一次性餐具(包括杯子、盤子和刀叉等)以及塑料袋是生物可降解塑料最大的用戶市場，加上目前很火爆的電商快遞，這是中國“白色污染”的主要來源，可降解塑料目前或許承擔不起解決“白色污染”的重任，但它是目前一個很好的選擇，特別是自2020年1月19日國家塑料治理污染意見頒布以來，各類一次性塑料產(chǎn)品替代與降解升級技術(shù)層出不窮，都在一定程度上起到一定的作用。
一次性塑料產(chǎn)品替代技術(shù)
▍ 聚乳酸
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聚羥基丁酸酯
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聚乙烯
聚乙烯醇（PVA）是一種水溶性高分子，由美國Air Products公司開發(fā)生產(chǎn)，可以通過控制聚醋酸乙烯酯的水解程度并添加相應(yīng)的添加劑來提高其穩(wěn)定性，其商品名為Vinex，可溶于熱水或者冷水。水溶性PVA薄膜為國際上一種新型塑料降解產(chǎn)品，它利用了PVA的成膜性，水和生物兩種降解特性，在濕環(huán)境中有泥菌存在時6個月內(nèi)可完全降解為二氧化碳和水，屬于綠色高新環(huán)保包裝材料。在一次性塑料產(chǎn)品替代方面，在歐美、日本，水溶性PVA薄膜已廣泛應(yīng)用于各種產(chǎn)品的包裝。在我國水溶性PVA薄膜的發(fā)展還處于起步階段，工業(yè)性研發(fā)在近5年才真正有所展開，主要應(yīng)用在刺繡及水轉(zhuǎn)?。úＡ?、陶瓷、電器外殼等的彩色印刷）兩個領(lǐng)域，PVA在這方面的年使用量約1萬噸。
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二氧化碳共聚物
二氧化碳是開發(fā)中的重要的碳資源，它的一個有效利用方式是和環(huán)氧化物等單體共聚生成脂肪族聚碳酸酯，該反應(yīng)現(xiàn)已能夠較順利地實現(xiàn)。國外最早研究二氧化碳共聚物的是美國和日本，但是一直沒有進行工業(yè)化生產(chǎn)；國內(nèi)內(nèi)蒙古蒙西集團公司采用長春應(yīng)用化學(xué)研究所的技術(shù)來生產(chǎn)二氧化碳共聚物生物降解塑料，其產(chǎn)品主要用在包裝和醫(yī)用材料上。中科院廣州化學(xué)研究所陳立班博士開發(fā)的低分子量二氧化碳共聚物技術(shù)也已在江蘇泰興開始投入生產(chǎn)，品種為低相對分子質(zhì)量二氧化碳/環(huán)氧化合物共聚物，用來作為聚氨酯發(fā)泡材料的原材料，用于家用電器的包裝。二氧化碳共聚物已在許多方面獲得重要的應(yīng)用,是預(yù)期在未來世紀中廣泛使用的高分子材料。在一次性塑料產(chǎn)品替代方面,二氧化碳共聚物主要用于農(nóng)用塑料膜制品、包裝材料、垃圾袋等多種領(lǐng)域。由于二氧化碳共聚物具有良好的阻氣性、透明性和全降解特性，在食品包裝、食品包裝、藥物包裝、醫(yī)用材料等方面有其獨特的優(yōu)勢。
由于二氧化碳是自然界一種比較廉價的碳氧資源，因此以二氧化碳為原料合成可生物降解的脂肪族聚碳酸酯便成為了研究的重要課題，但由于其存在熱性能和機械性能差的緣故，PPC的工業(yè)化還處于初級階段，需要不斷開發(fā)新型高效催化體系，改進聚合工藝，大幅降低生產(chǎn)成本；另一方面，由于PPC具有明顯的成本優(yōu)勢，通過共聚、共混等改性方法有望在片材、膠黏劑等多個領(lǐng)域有重要的應(yīng)用前景。目前已有多家公司比如美國的Empower materials和Novomer公司、中國的蒙西集團、韓國的SKEnergy公司等進行相關(guān)的產(chǎn)業(yè)化嘗試。
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聚己內(nèi)酯
聚ε-己內(nèi)酯（PCL）是由ε-己內(nèi)酯經(jīng)開環(huán)聚合得到的低熔點聚合物，其熔點僅62℃，算是一種商品化的生物基可降解塑料，質(zhì)地非常柔軟，具有較大的延展性，而且具有優(yōu)良的生物相容性、記憶性，廣泛應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域，如組織工程支架材料，可以被人體吸收排泄。PCL的降解性研究從1976年就已開始，在厭氧和需氧的環(huán)境中，PCL都可以被微生物完全分解。由ε-己內(nèi)酯開環(huán)后得到的己內(nèi)酯衍生物如己內(nèi)酯改性的多元醇，己內(nèi)酯丙烯酸單體，己內(nèi)酯聚合物很成功地用作化學(xué)反應(yīng)中間體和改性劑。與PLA相比，PCL具有更好的疏水性，但降解速度較慢；同時其合成工藝簡單、成本較低。PCL的加工性能優(yōu)良，可用普通的塑料加工設(shè)備制成薄膜及其他制品。
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聚丁二酸丁二醇酯及其共聚物
聚丁二酸丁二醇酯（PBS）于20世紀90年代進入材料研究領(lǐng)域，并迅速成為可廣泛推廣應(yīng)用的通用型生物降解塑料研究熱點材料之一。和PCL、PHB、PHA等降解塑料相比，PBS價格極低廉，成本僅為前者的1／3甚至更低，且耐熱性能好，熱變形溫度和制品使用溫度可以超過100℃。其合成原料來源既可以是石油資源，也可以通過生物資源發(fā)酵得到，因此引起科技和產(chǎn)業(yè)界高度關(guān)注，可用于制備冷熱飲包裝和餐盒，克服其他生物降解塑料耐熱溫度低的缺點；加工性能好，是目前降解塑料中加工性能最好的，同時可以共混大量碳酸鈣、淀粉等填充物，得到價格低廉的制品，其綜合性能優(yōu)異、性價比合理，具有良好的應(yīng)用前景。安徽安慶和興化工公司采用清華大學(xué)技術(shù)，已建成萬噸級的PBS生產(chǎn)線。PBS在一次性塑料產(chǎn)品替代方面,可廣泛應(yīng)用于包裝、可堆肥降解餐具、化妝品瓶以及藥用瓶、一次性醫(yī)療用品、農(nóng)用地膜、農(nóng)藥以及化肥緩釋材料、生物醫(yī)用高分子材料等領(lǐng)域，可有效地從根本上解決白色污染的問題。
一次性塑料產(chǎn)品降解升級技術(shù)
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淀粉
淀粉基生物降解塑料一般是改性淀粉與生物降解聚酯(PLA/PBAT/PBS/PHA/PPC等)的共混物，它能夠完全生物降解，可堆肥，對環(huán)境無污染，廢棄物適合堆肥、填埋等處理方式,它的環(huán)保意義在于能夠減少石化資源的使用，減少二氧化碳排放，廢棄物適合焚燒處理, 這種材料都可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)石油基塑料，廣泛用于塑料包裝材料、防震材料、塑料膜及塑料袋、一次性餐飲具、食品容器、玩具等。
國內(nèi)各企業(yè)一次性塑料產(chǎn)品替代與降解升級技術(shù)相關(guān)產(chǎn)品及產(chǎn)能分析截至2019年，國內(nèi)生物降解塑料企業(yè)產(chǎn)能利用率基本不到50%，生物降解塑料行業(yè)平均產(chǎn)能利用率在30%左右，按此測算，2020年中國改性塑料產(chǎn)量約為19.5萬噸，其中大部分出口至歐洲市場。隨歐洲、澳大利亞及韓國等地區(qū)生物降解塑料需求大幅增長，國內(nèi)生物降解塑料出口未來將保持較快增長，產(chǎn)能利用率將快速上升。
表1 國內(nèi)部分企業(yè)生物降解塑料相關(guān)產(chǎn)品及產(chǎn)能布局
表2 國外部分企業(yè)生物降解塑料相關(guān)產(chǎn)品及產(chǎn)能布局
總的來說，生物降解塑料制品的性能還無法完全滿足消費者需求，盡管市場上已有的品種眾多，但每種材料本身的機械和加工性能只是某一方面有突出的特性，綜合性能還存在這樣或那樣的不足，這一點將是制約其市場應(yīng)用推廣的瓶頸之一。在開發(fā)生物降解塑料制品的同時，國內(nèi)企業(yè)應(yīng)該注意加快有自主知識產(chǎn)權(quán)、創(chuàng)新型產(chǎn)品和用途的開發(fā)。如聚乳酸將在發(fā)酵技術(shù)提高的前提下，提高聚合工藝，從而使其得到廣泛推廣和應(yīng)用；開發(fā)淀粉塑料在將來替代聚乙烯材料制成一次性生活用品和農(nóng)用地膜等。生物降解塑料為人類展示了一個環(huán)境科學(xué)，也是解決環(huán)境問題的重要手段之一，相信隨著更多的國內(nèi)外政策、標準和相關(guān)技術(shù)的逐步出臺、落實和完善，我國生物降解塑料技術(shù)革新、檢測評價與標準體系也會越來越完善，有關(guān)生物降解塑料的制造、加工、應(yīng)用、可回收等技術(shù)也將更加成熟，我國生物降解塑料必有良好的發(fā)展前景，屆時，生物降解塑料可以承擔解決“白色污染”的重任。
來源：生物基能源與材料