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自成立以来,塑料已广泛应用于国民经济的各个领域,例如包装工业和一次性产品,为人类的生产和生活带来了极大的便利。然而,其大量的使用和浪费导致了越来越严重的环境污染,即“白色”污染,包括河流污染,农田薄膜污染和海洋塑料污染。据统计,自1950年大规模生产塑料以来,已生产塑料约83亿吨,其中63亿吨直接作为垃圾丢弃。预计到2050年,全球塑料产量将超过340亿吨,废塑料产量将达到120亿吨。近年来,塑料污染已被《科学》,《自然》和C&En联合出版的年度重大事件之一。可生物降解的塑料是指一种塑料,其性能在存储期间符合使用要求,并且在使用后可以在自然环境条件下降解为对环境无害的物质。它被认为是解决塑料污染问题的有效途径之一。之一。下表列出了市场上常见的可生物降解塑料。其中,PLA,PBS和PBAT已高度工业化。
不同的可生物降解塑料具有不同的特性,各有优缺点。为了增进对生物降解塑料的理解和理解,编辑人员将在生产能力,综合性能和应用领域方面对上述生物降解塑料进行综合比较,以期为相关行业的人员提供参考。生产能力比较上图显示了截至2019年12月几种可生物降解塑料的现有生产能力以及已知的预期生产能力增长。可以清楚地发现,PLA和PBS / PBAT是现有生产能力最大的两种可降解材料,全球生产能力已达到30万吨/年。此外,全球范围内的整体“塑料限制”政策正在改善。在这种情况下,PLA和PBS / PBAT材料市场也变得非常火爆。预计未来十年的产能将分别增加950,000吨/年和500,000吨/年,这可以有效缓解目前生物降解塑料的短缺。当然,这些计划中的大多数项目都处于准备阶段,尚不清楚它们是否能够按计划投入生产。但是,这在一定程度上表明PLA和PBS / PBAT材料是目前市场上最受认可的可生物降解塑料。另外,与易于生产的原料和相对成熟的生产技术相比,PBS / PBAT原料,国内的PLA生产技术明显滞后,尤其是丙交酯原料受他人控制,国内的PLA生产能力提高。大大低于国外的PLA生产能力。目前,中国科学院长春应用化学研究所的陈学思院士团队很可能打破了这一束缚。他的团队开发了可在工业上应用的第二代丙交酯制备技术,从而形成了从丙交酯到聚乳酸终产物的整个新一代产业。连锁技术,并经过行业科技成果的鉴定,整体技术处于国际领先水平。
PHA,PPC,PGA,PCL和其他可生物降解塑料的现有产能相对较小,并且预计将来会有更多的产能。主要原因是这种可生物降解的塑料仍处于工业化初期,生产工艺不成熟,生产成本高。结果,市场认可度不高。在现阶段,它在替代通用塑料方面无法与PLA和PBS / PBAT竞争,但主要用于高端生物医学材料领域。值得注意的是,这种类型的可生物降解材料通常具有PLA和PBS / PBAT没有的独特性能。例如,PGA具有非常出色的机械强度和阻气性。它用于油气井压裂球和高阻气性。在包装材料等领域的应用潜力很大。目前,国内煤化工路线生产的PGA成本有望降低到10,000元/ t。届时,其应用范围有望从少量的高端生物医学材料和大规模的高性能塑料扩展。全面的性能比较聚乙烯(PE)是一种广泛使用的传统塑料,它也是可生物降解塑料的主要替代品。 PE具有优异的结晶度,水蒸气阻隔性能和耐候性,这些性能可以统称为“ PE特性”。实际上,当前常见的可生物降解塑料基本上是脂族聚酯,例如PLA和PBS,可以将其粗略地视为包含酯键的PE。分子链中的酯键赋予其生物降解性,脂肪链赋予其“ PE特性”。有前途的可生物降解塑料需要兼具生物降解性和“ PE特性”。因此,非常有必要比较生物降解塑料和聚乙烯的综合性能。可以看出,不同的可生物降解塑料的特性也不同,每种都有自己的优缺点,但没有一个具有“ PE特性”。 PBAT和PBS的熔点和机械性能与PE相同,表明它们基本可以涵盖PE在一次性产品行业中的应用。但是,与PBAT相比,PBS具有水解速度过快和储存稳定性差的缺点。 PLA的强度比PE高,但拉伸韧性和结晶度明显降低。经过增韧和结晶促进等改性,基本上可以涵盖PE在一次性产品行业中的应用。
此外,PLA和PBAT / PBS具有相对较高的商业化程度。在以前供不应求的情况下,市场价格可以稳定在20,000元/吨左右,但仍大大高于普通塑料PE。而且,在这个阶段在需求不旺的情况下,PLA的市场价格已经涨到了40,000元/ t,很难找到。 PGA和PHA的熔点和强度高于PE,但拉伸韧性低于PE,并且具有与PLA相同的基本性能特征。但是,它们具有PLA所没有的独特性能,尤其是PGA,PGA具有非常优异的强度和阻气性,这使其有可能在高性能塑料领域(如高阻气性包装材料和工程塑料)中应用。在此阶段,PGA和PHA的生产成本太高,商品化程度低,降解速率太快,并且储存稳定性差。但是,考虑到其独特的性能和未来降低成本的潜力,它具有良好的发展前景。 PCL的熔点仅为60℃,使用温度的上限较低。 PPC是非晶态聚合物,玻璃化转变温度约为45°C,也就是说,PPC在40°C以上会变形。这两种可生物降解塑料都具有使用上限温度低的缺点,因此其应用范围受到严格限制。总而言之,商品化的PLA和PBAT / PBS具有最佳的市场前景。然而,为了大规模替换现有的通用塑料PE,不仅需要进一步降低生产成本,而且还需要适当解决一些问题,即提高“ PE特性”。产品的此外,具有独特性能的PGA的大规模应用也需要解决。应用领域比较表4显示了此阶段某些可生物降解塑料的主要应用领域。其中,PLA和PBAT主要用于日用塑料中,最符合当前的“塑料限制”政策要求。据国内2018年统计,我国一次性塑料制品消费量高达2000万吨,占国内塑料制品产量的3%。3%。从理论上讲,PLA和PBAT可以替代所有一次性塑料产品,即潜在市场容量超过2000万吨的市场。另外,尽管PLA和PBAT的应用领域重叠,但是它们具有不同的特性。例如,PLA是一种硬质塑料,而PBAT是一种软质塑料,在石油化工产品中可以近似为聚丙烯和聚乙烯。
另外,吹塑薄膜加工性差的PLA被用作薄膜袋,并且大多与韧性良好的PBAT混合,可以在不损害其生物降解性的情况下提高吹塑薄膜加工性。在这一阶段,其他几种工业化程度较低的可生物降解塑料基本上被用于低剂量,高附加值的生物医学材料领域。但是,如上所述,这些塑料具有PLA和PBAT / PBS不具备的独特性能。一旦工业化进程加速,它们的独特和相关特性将为其带来广阔的应用前景。总结随着世界范围内废物分类的逐步升级和“塑料限制令”的出现,可生物降解的塑料已经占据了领先地位。特别是今年,生物降解塑料市场份额最高的PLA的整体价格飞涨,甚至“情况很难找到。中国目前的生物降解塑料年产能约为31万吨,占37%预计全球可降解材料的年增长率将超过20%,而中国将成为未来几年产能扩张的主力军,其产品不仅可以扩展到西方国家欧洲目前消耗的可降解塑料量最大,但对国内也有帮助。日益流行的可降解塑料市场的发展,目前PLA和PBS / PBAT是产量最大的两种可降解塑料,受到了高度认可。他们最有可能大规模取代现有的不可降解塑料PE和PP。用于一次性塑料制品领域。当前,其他可生物降解塑料的生产能力有限,市场集中在具有高附加值的高端生物医学材料领域。在替代通用塑料方面,它们无法与PLA和PBS / PBAT材料竞争。然而,这些具有独特性能的可生物降解塑料的大规模工业化正在加速,并且有望在未来具有广阔的发展前景。
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