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2022-06-17 15:20
解读最新生物塑料国家标准
《GB/T 41010-2021 生物降解塑料与制品降解性能及标识要求》、《GB/T 41008-2021 生物降解饮用吸管》两个国家推荐性标准于2022年6月1日实施。
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由于生物降解塑料的应用范围不断扩大,生物降解购物袋、生物降解一次性餐具等下游生物降解塑料产品亦稳定发展。
生物可降解材料-PPC(聚碳酸亚丙酯)
PPC(聚碳酸亚丙酯)
PPC 是由二氧化碳(CO2)和环氧丙烷合成的脂肪族聚酯,因其合成过程可直接消耗CO2且具有完全生物降解等优点,受到越来越多的关注。
PPC的应用
PPC作为一种新型脂肪族聚酯,具有良好的降解性能和阻隔性能,PPC还具有透明和无毒等优点,PPC的分子链结构不对称,且柔性较好,属于完全非结晶塑料,它的拉伸强度较小,断裂伸长率极高,拉伸后具有较强的形变回复性,拉伸强度具有强烈的温敏性,因此PPC在食品包装、医用材料、胶黏剂以及工程塑料等方面具有较好的应用前景。
目前通过对PPC物理改性、化学改性及共混改性等方法均取得了很好的成果,合成工艺趋于完善。PPC复合材料已在电学上被用于制作离子电池,在医学上被用于制作生物支架,在农学上被用于制作生物薄膜。
生物可降解材料-PHBV(聚羟基 丁酸戊酸共聚酯)
PHBV(聚羟基 丁酸戊酸共聚酯)
PHBV即新型生物高分子3-羟基 丁酸酯和3-羟基戊酸酯的共聚物。它是一种用淀粉为原料,运用发酵工程技术生产出的生物材料。PHBV是一种生物聚酯,由细菌生产,能被细菌消化,具有与聚丙烯相似的性质,这种材料在废弃后,即使在潮湿的环境下也是稳定的,但在有微生物的情况下,它将降解为二氧化碳和水。
PHBV的应用
PHBV具有完全的生物相容性和对水、气的高阻隔性等,因此在医用材料(缝线、骨钉)、薄膜材料(地膜、购物袋、堆肥袋)、一次性用品(笔、餐具)、包装材料(特别是食品包装)等方面有着广泛的应用前景。
生物可降解材料-PBAT(聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯)
PBAT(聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯)
PBAT 是己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物,兼具 PBA(聚己二酸丁二醇酯)和 PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)的特性。PBAT是一种韧性好、伸长率高但强度低的材料,PBAT的Tg为-30℃,结晶温度110℃,熔融温度130℃,分解温度375℃。PBAT的脂肪族软段具有良好的降解性能,在土壤中能被微生物分解为CO2和H2O,硬段使其具有优异的物理性能、耐热性能和抗冲击性能。PBAT因其既有较好的力学性能和耐热性,又有较高的延展性和断裂伸长率,还具有优良的生物降解性,是目前生物降解塑料研究中非常活跃和市场应用最好的降解材料之一。
PBAT的应用
PBAT可降解塑料是以化石燃料为原料合成的一种具有高断裂伸长率和高韧性的高分子化合物,PBAT是7种生物降解材料里面材质最软的,所以广泛用于一次性包装膜(垃圾袋、食品容器、薄膜包装)及农膜领域、卫生用品(尿布、棉签等)和生物医学领域。PBAT可通过注射成型、挤出成型和吹塑成型进行加工。广泛应用于片材、塑料薄膜、包装及发泡材料的生产。
生物可降解材料-PCL(聚己内酯)
PCL(聚己内酯)
PCL是通过ε-己内酯单体在催化剂催化下开环聚合而成的高分子低熔点有机聚合物,其熔点仅62℃,外观为白色颗粒,无毒,不溶于水,易溶于多种极性有机溶剂。PCL具有良好的生物相容性,可与多种常规塑料互相兼容。同时,PCL还具有良好的形状记忆温控性质和良好的生物降解性,可完全降解成水与CO2。
PCL的应用
PCL的应用领域包括可控释药物载体、细胞、组织培养基架;完全可降解塑料手术缝合线;高强度的薄膜丝状成型物;塑料低温冲击性能改性剂和增塑剂;医用造型材料、工业、美术造型材料、玩具、有机着色剂、热复写墨水附着剂、热熔胶合剂。
PCL由于目前主要依靠进口,价格比PLA略高。
生物可降解材料-PBS(聚丁二酸丁二醇酯)
PBS(聚丁二酸丁二醇酯)
PBS类聚酯是以脂肪族二酸和二醇为原料,经缩聚反应合成的一类脂肪族聚酯,其代表PBS即以丁二酸和丁二醇为原料合成。20世纪90年代,日本的昭和高分子公司首先采用异氰酸酯作为扩链剂,与二酸二醇经缩聚反应合成的低分子量聚酯反应,制备出高分子量的聚合物,PBS类聚酯才开始作为新型生物降解塑料引起了广泛的关注。PBS由丁二酸和丁二醇经缩合聚合而成,树脂呈乳白色,无嗅无味,容易被自然界的多种微生物或动植物体内的酶分解、代谢,分解为二氧化碳和水,是典型的可完全生物降解聚合物材料。PBS具有良好的生物相容性和生物可吸收性,20世纪90年代进入材料研究领域,并迅速成为可广泛推广应用的通用型生物降解塑料研究热点材料之一,耐热性能好,热变形温度和制品使用温度可以超过100℃。其合成原料来源既可以是石油资源,也可以通过生物资源发酵得到,PBS成为最具有产业化前景的通用型降解塑料之一。
在可完全生物降解的聚酯材料中,PBS因其卓越性能成为具有产业化前景的可完全生物降解塑料,主要体现在以下5个方面:
1、PBS类聚酯具有很好的综合性能。PBS类聚酯不仅在力学性能上可以满足通用塑料的使用要求,而且PBS类聚酯只有在堆肥等接触微生物的条件下才降解,在正常储存和使用过程中性能非常稳定。
2、PBS的加工性能非常好,可在通用加工设备上进行各类成型加工,是目前通用型降解塑料中加工性能很好的,这一点对降解塑料的应用是至关重要的。PBS优异的加工性能使得其加工包容性强,与淀粉、碳酸钙等共混以实现成本降低的同时仍能保持较好的材料性能。
3、PBS系列聚酯具有出色的耐热性能。PBS是完全可生物降解聚酯中耐热性能最好的品种,热变形温度接近100℃,改性后可超过100℃,满足日常用品的耐热需求,可用于制备冷热饮包装和餐盒。这一点相比PLA有优势,PLA的加工稳定性和产品的耐热性不是很理想。
4、PBS类聚酯具有价格优势。它以脂肪族二元酸、二元醇为主要原料,规模生产后,价格可以达到PET聚酯的水平。相关原料还可通过奶酪制造中的副产物乳清,天然多糖葡萄糖、果糖、乳糖、麦芽糖、甘露糖醇、甘露糖、蔗糖、木糖和纤维素二糖等自然产物通过生物发酵途径生产出的丁二酸、丁二醇,不仅可以实现来自自然并回归自然的绿色循环生产,而且采用生物发酵工艺生产的原料,还可大幅度地降低原料成本,从而进一步降低PBS成本。5、PBS类聚酯生产设备已经国产化。PBS聚酯可通过对PET、PBT聚酯设备略作改造进行生产,目前我国聚酯设备生产能力严重过剩,改造生产PBS为过剩的聚酯设备提供了新的机遇。
PBS的应用
PBS类聚酯用途极为广泛。它可以用于包装领域,如包装薄膜、餐盒、化妆品瓶及药品瓶、电子器件包装等;还可用于一次性器具,如一次性餐饮用具、一次性医疗用品等;另外,它还可以被用于农用领域,如农用薄膜、农药及化肥缓释材料等;它还可以用于医用领域,如生物医用高分子材料。
生物可降解材料-PLA(聚乳酸)
PLA(聚乳酸)
虽然全球研发的生物降解塑料有几十种,但真正进入批量生产和工业化生产的品种其实并不多,而PLA是目前市场上应用最广泛的材料之一。
PLA的热稳定性好,有好的抗溶剂性,机械性能及物理性能良好,可用多种方式进行加工,如挤压、纺丝、双轴拉伸,注射吹塑。由PLA制成的产品除能生物降解外,拥有良好的光泽性、透明度、透气性、抗拉强度及延展度(PLA是7种生物降解材料里面硬度最好的),是其被广泛应用的主要原因。
PLA行业应用
1、生物医学领域
在生物医学领域,PLA材料可以被用作药物运输材料、组织工程支架材料、骨修复材料等。医疗领域是 PLA 及其复合物较早开展应用的领域。目前已在骨外科、胸外科、颌面外科、肿瘤的靶向治疗等领域进行了广泛的基础研究和临床应用。
2、工业和农业领域
PLA的可塑性、耐热性和物理加工性能良好,可以将其加工成农用地膜,用来弥补传统地膜易碎且不可降解的缺陷,还可以将其加工成汽车行业的配件工程材料、建筑用绳索、农药化肥缓释材料等。
3、食品包装材料
PLA与聚乙烯 (Polyethylene,PE)、聚氯乙烯(Polyvinyl chloride,PVC)、聚丙烯(Polypropylene,PP)等材料相比,具有良好的生物可降解性、优良的抑菌和抗霉特性。
生物可降解材料-PHA(聚羟基脂肪酸酯)
PHA(聚羟基脂肪酸酯)
PHA是一类完全在微生物体内合成的线型聚酯。1926年,一种名为聚3-羟基 丁酸(缩写为PHB,是PHA家族中的一员)的天然高分子首次在巨大芽孢杆菌(Bacillus megaterium)中被法国人发现。
PHA是由微生物合成的天然高分子基材料,完全由微生物合成,是一种环境友好型材料。PHA具有材料多变性、非线性光学性能、压电性能、气体阻隔性能、热塑性、生物可降解性、良好的生物相容性等特点。自然界中的许多微生物中都含有PHA水解酶,它们可以将PHA水解为水溶性低聚物和单体,然后利用这些产物作为细胞内的营养物质,非常环保且高效。因此,PHA可以说是生物可降解塑料中最有潜力的一种。
PHA的应用
由于PHA拥有与传统塑料相似的理化性能,并且具有良好的生物可降解性与生物相容性,这些特性让PHA的应用场景越来越多的被开发,除了主要的环保包装材料、农膜、医用植入材料市场外,在药品、化妆品、器具类材料、塑料添加剂、动物饲料、废水处理等市场的应用前景也非常广阔。
我国加强塑料污染治理的意见及规划
2020年1月,国家发改委发布的《关于进一步加强塑料污染治理的意见》。
《意见》明确:
到2020年底
到2020年底,直辖市、省会城市、计划单列市城市建成区的商场、超市、药店、书店等场所以及餐饮打包外卖服务和各类展会活动,禁止使用不可降解塑料袋,集贸市场规范和限制使用不可降解塑料袋;
到2022年底
实施范围扩大至全部地级以上城市建成区和沿海地区县城建成区。
到2025年底
到2025年底,上述区域的集贸市场禁止使用不可降解塑料袋。鼓励有条件的地方,在城乡结合部、乡镇和农村地区集市等场所停止使用不可降解塑料袋。
降解塑料是一个大的概念,它是在规定环境条件下,经过一段时间和包含一个或更多步骤,导致材料化学结构的显著变化而损失某些性能(如完整性、分子质量、结构或机械强度)和/或发生破碎的塑料。
目前,全球生物降解塑料产能已达1000kt左右,并以每年超过20%的速度增长;我国生物降解塑料作为“十三五”期间塑料行业发展的重点,得到快速发展:国内产能已达500kt左右,其中PLA 产能已达50kt/年,PBAT产能已超200kt/年,并且还有大批生产线正在建设或计划建设中,PHA、PCL、PPC等材料产能和使用量也都在不断增大,相信在“十四五”期间生物降解塑料还将得到更好的发展。
2022年底可降解塑料需求增量超200万吨
2020年初我国出台史上最严“禁塑令”,针对塑料制品规划三个重要时间节点:到2022年底,不可降解塑料制品将禁止在全国地级以上城市建成区和沿海地区县城建成区商店、药店、餐饮、快递等场所使用。
招商证券预测,截至2022年底,可降解塑料新增需求增量有望达到227万吨;到2025年,可降解塑料新增需求有望超过400万吨,未来空间十分广阔。
我国可降解塑料市场空间缺口巨大
国内可降解塑料有效产能合计仅约为25万吨,到2025年对应的可降解塑料市场空间缺口巨大,是典型蓝海市场。在极为保守的假设条件下,预计在未来5年市场需求量达到801161.54亿万吨。在可降解塑料均价2万元/吨的情况下,市场需求将在2025年达到660多亿元人民币。随着政策力度加大以及可降解塑料应用的不断扩大,这一市场需求将得以更大程度上的释放。
近年来,国家治理塑料污染的步伐逐步加快。但当下,生物降解塑料作为一种主要的传统塑料替代产品,存在降解程度不确定、产量不足、标识不清和检测方法耗时长难度大等问题,阻碍了塑料污染治理工作的推动。《生物降解塑料与制品降解性能及标识要求》《生物降解饮用吸管》两项两项标准的实施将为塑料污染治理提供强有力的支撑。



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