【干貨】幾種可生物降解塑料的性能與應(yīng)用領(lǐng)域?qū)Ρ?/a>
已有人閱讀此文 - -市面上常見(jiàn)的可生物降解塑料見(jiàn)下表,其中,PLA、PBS 和 PBAT 的產(chǎn)業(yè)化程度較高。不同的可生物降解塑料的特點(diǎn)不同,各有優(yōu)缺點(diǎn)。
為促進(jìn)對(duì)可生物降解塑料的了解和認(rèn)識(shí),小編將從綜合性能和應(yīng)用領(lǐng)域等方面綜合比較上述可生物降解塑料,以期為相關(guān)行業(yè)從事人員提供參考。
綜合性能對(duì)比
聚乙烯(PE)是應(yīng)用較廣的傳統(tǒng)塑料,也是可生物降解塑料的主要替代對(duì)象。PE具有優(yōu)異的結(jié)晶性、水蒸氣阻隔性和耐候性,這些性能可統(tǒng)稱為“PE 特性”。
事實(shí)上,目前常見(jiàn)的可生物降解塑料基本都是脂肪族聚酯,如 PLA 和 PBS ,可大致看作是含有酯鍵的 PE,其分子鏈中的酯鍵賦予其生物降解性,脂肪鏈賦予其“PE 特性”。有前景的可生物降解塑料需要兼具生物降解性和“PE 特性”。
因此,將可生物降解塑料與PE進(jìn)行綜合性能對(duì)比是非常有必要的。
可以看出,不同可生物降解塑料的特點(diǎn)也不同,各有優(yōu)缺點(diǎn),但均不完全具備“ PE 特性”。
PBAT 和PBS 的熔點(diǎn)和力學(xué)性能與 PE 相當(dāng),說(shuō)明其可基本覆蓋 PE 在一次性制品行業(yè)中的應(yīng)用,但是相比于 PBAT,PBS 存在水解速率過(guò)快、貯存穩(wěn)定性差的缺陷;PLA 的熔點(diǎn)和強(qiáng)度高于 PE,但拉伸韌性和結(jié)晶性明顯較低,其經(jīng)過(guò)增韌、結(jié)晶促進(jìn)等改性后也可以基本覆蓋 PE 在一次性制品行業(yè)中的應(yīng)用。
另外,PLA、PBAT、PBS 的商品化程度較高,在以前供需狀況不緊張的情況下,市場(chǎng)價(jià)格可穩(wěn)定在2 萬(wàn) 元/t 左 右,但仍然明顯高于通用塑料PE。而且,在現(xiàn)階段供應(yīng)不求的情況下,PLA 的市場(chǎng)價(jià)格漲至4萬(wàn)元/t,還一料難求。
PGA 和 PHA 的熔點(diǎn)和強(qiáng)度高于 PE,但拉伸韌性低于 PE,具有與 PLA 一樣的基本性能特點(diǎn)。但是,它們具有 PLA 所不具備的獨(dú)特性能,尤其是PGA ,具有非常優(yōu)異的強(qiáng)度和氣體阻隔性,賦予其在高性能塑料領(lǐng)域的應(yīng)用潛力,如高阻氣性包裝材料和工程塑料。
現(xiàn)階段 PGA 和 PHA 的生產(chǎn)成本過(guò)高,商品化程度較低,而且降解速率太快,貯存穩(wěn)定性較差。但是,考慮到其具有獨(dú)特的性能,且成本在未來(lái)有望降低,具有較好的發(fā)展前景。
PCL 的熔點(diǎn)僅60℃,使用上限溫度低;PPC 為無(wú)定型聚合物,且玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為45℃左右,即 PPC在40℃以上就會(huì)發(fā)生變形。這兩種可生物降解塑料均存在使用上限溫度低的缺陷,因此,其應(yīng)用范圍嚴(yán)重受限。
綜上所述,已商品化的 PLA 、PBAT、PBS 的市場(chǎng)前景較好。但是,若要大范圍替代現(xiàn)有通用塑料 PE ,不僅生產(chǎn)成本有待進(jìn)一步降低,而且有賴于一些問(wèn)題的妥善解決,即提高產(chǎn)品的“ PE特性”。另外,具有獨(dú)特性能的 PGA 的大規(guī)模應(yīng)用也有待相關(guān)問(wèn)題的解決。
應(yīng)用領(lǐng)域?qū)Ρ?/strong>
表4是部分可生物降解塑料在現(xiàn)階段的主要應(yīng)用領(lǐng)域。其中,PLA 和 PBAT 主要應(yīng)用于日常塑料,最符合現(xiàn)階段的“限塑”政策需求。根據(jù)國(guó)內(nèi) 2018 年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),我國(guó)一次性塑料制品耗量高達(dá)2000萬(wàn)噸,占國(guó)內(nèi)塑料制品產(chǎn)量的 33%。
理論上,PLA 和 PBAT 可以對(duì)所有一次性塑料制品進(jìn)行替代,即是一個(gè)潛在市場(chǎng)容量超過(guò)2000萬(wàn)噸的市場(chǎng)。
另外,PLA 和 PBAT 的應(yīng)用領(lǐng)域雖有重疊,但各自特點(diǎn)不同,比如 PLA 屬于硬塑料,而 PBAT 屬于軟塑料,可近似看作石化產(chǎn)品中的PP和PE。而且,吹膜加工性差的 PLA 做膜袋,多與韌性好的 PBAT 共混,其可在提高吹膜加工性的同時(shí)又不損害其可生物降解性。
其他幾種現(xiàn)階段產(chǎn)業(yè)化水平不高的可生物降解塑料基本用于用量少、附加值高的生物醫(yī)用材料領(lǐng)域。不過(guò)如前文所述,這些塑料具有 PLA 和 PBAT、PBS 所不具有的獨(dú)特性能,一旦產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程加速,其獨(dú)特的相關(guān)性能將賦予其廣闊的應(yīng)用前景。
總結(jié)
隨著世界范圍內(nèi)垃圾分類和“限塑令”的強(qiáng)制性逐步升級(jí),可生物降解塑料已然站上風(fēng)口,尤其在近期,可生物降解塑料市場(chǎng)占有率最高的 PLA 價(jià)格整體暴漲,甚至出現(xiàn)“一料難求”的狀況。
中國(guó)現(xiàn)有可降解塑料的年產(chǎn)能約為 31 萬(wàn)噸,占全球可生物降解塑料年產(chǎn)量的 37%。據(jù)預(yù)測(cè),全球降解材料的年增長(zhǎng)率將超過(guò) 20%,而中國(guó)將是未來(lái)幾年產(chǎn)能擴(kuò)張的主力軍,其產(chǎn)品不僅可擴(kuò)大出口,也將助力國(guó)內(nèi)日益火爆的降解塑料市場(chǎng)的發(fā)展。
目前,PLA 和 PBS、PBAT 是產(chǎn)量較大的降解塑料,且市場(chǎng)認(rèn)可度較高,最有望大范圍替代現(xiàn)有不可降解塑料 PE、PP,用于一次性塑料制品領(lǐng)域。
其他可生物降解塑料目前產(chǎn)能有限,且市場(chǎng)集中于附加值高的高端生物醫(yī)用材料領(lǐng)域,還無(wú)法與 PLA 和PBS、PBAT 材料在替代通用塑料方面形成競(jìng)爭(zhēng)。但是,這些具有獨(dú)特性能的可生物降解塑料的大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程正在加速,預(yù)計(jì)在未來(lái)將具有廣闊的發(fā)展前景。