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生物降解材料大规模应用前景乐观

国内最大的生产厂家是武汉华丽和比澳格(南京)。武汉华丽预计产销规模10万吨,比澳格(南京)现已形成数万吨淀粉基塑料规模。其他几个大型企业均达到年产万吨级生产规模,总产量占到我国生物降解塑料产量的60%以上,并出口日本、韩国、马来西亚、澳大利亚、美国欧盟等国家。

聚乳酸生物塑料(PLA)

PLA是以乳酸为原料聚合生成的高分子材料,具有无毒、无刺激性、强度高、易加工成型和优良的生物相容性等特点,制品在使用后可完全降解,因此,PLA是一种能真正达到生态和经济双重效应的生物环保材料,是近年来开发研究最活跃、发展最快的生物降解塑料。

PLA可用于一次性饭盒以及其他各种食品、饮料外包装材料;适合加工成高附加值薄膜,取代目前易破碎的农用地膜;在生物医用材料中可用于医用缝合线、药物控释载体、骨科内固定材料、组织工程支架等。

目前世界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公司是目前世界上最大的PLA生产厂家,年产能达到14万吨,其以玉米等谷物为原料,通过发酵得到乳酸,再聚合生产生物降解塑料聚乳酸。该公司计划在亚洲建设其第二个PLA生产基地,规模同样为14万吨/年,目前正在对泰国、马来西亚、中国3个国家的PLA原料来源及市场增长前景进行评估。

在聚乳酸产能和消耗量都不断扩张的同时,聚乳酸的应用日益走向成熟。2010年,全球PLA总生产能力约为18万吨/年,与2009年的15.7万吨/年相比,净增加2.3万吨,提高了14.6%。2010年全球PLA消费量约12万吨(纯树脂),需求以西欧、北美为主,亚洲的消费量正在不断增长。目前,PLA的主要消费领域是包装材料,占总消费量的65%左右;其次为生物医学领域,约占总消费量的26%。

2007年开始,我国聚乳酸贸易频繁。在产业化初期,由于国外聚乳酸下游应用领域发展成熟且应用范围广泛、市场消费大,我国聚乳酸大部分出口到国外,其价格也受国外聚乳酸行业价格的制约。但近几年随着国内应用市场的不断扩大及需求量快速提升,我国聚乳酸的进口量逐年递增,同时出口量快速下降。

近年来,国内掀起了PLA项目的开发热潮,2010年,我国很多玉米深加工企业或生物化工企业都计划步入聚乳酸的行列。截至2011年3月,国内PLA年产能达到1.2万吨左右,规划产能约为14万吨/年。国内最大的生产企业是浙江海正生物材料股份有限公司,产能5000吨。从2007年开始,随着国内工业级聚乳酸生产装置建成投产,国产聚乳酸产品逐渐投放市场,市场价格逐步下降,目前平均售价约在2.1万元/吨左右。

聚丁二酸丁二醇酯(PBS)

聚丁二酸丁二醇酯由丁二酸和丁二醇经缩聚而得,是目前世界公认的综合性能最好的生物降解塑料。由于PBS综合性能优异,性价比合理,用途极为广泛,可用于包装、餐具、化妆品瓶及药品瓶、一次性医疗用品、农用薄膜、农药及化肥缓释材料、生物医用高分子材料等领域。

目前,全球能够产业化并且已经市场化生产PBS的国家只有美国和日本,日本昭和高分子公司和美国Eastman公司建有规模分别为5000吨/年和15000吨/年的生产装置。

我国PBS产业化进程在积极推进中。2007年,杭州鑫富药业[20.42 -3.63% 股吧]公司建成2万吨/年PBS生产线。2008年,邗江格雷丝高分子材料有限公司建成2万吨/年的PBS生产线。海尔工程塑料中心、上海申花集团、福建恒安集团等企业对PBS在一次性包装用品、卫生用品、餐具等领域的应用和推广进行了有效开拓。上海申花集团PBS制品已经面市,改性材料、挤出片材已经小批量出口韩国。广东金发公司已建成年产1000吨/年生产线,安徽安庆和兴化工和清华大学合作也已筹建5000吨/年规模生产线。

国内PBS的工业化生产仍然采用石油基丁二酸和丁二醇,其合成工艺有待改进。需要通过微生物发酵法生产丁二酸单体,改善PBS产品性能,降低对石化资源的依赖。但是微生物发酵法制备PBS单体需具有经济可行性,才能推进生物基丁二酸单体生产PBS的产业化进程。

微生物合成聚羟基脂肪酸酯

聚羟基脂肪酸酯属于天然高分子聚酯,是很多细菌在特定条件下合成的一种细胞内聚酯。已有超过90个属的细菌被发现可以合成超过150种以上不同结构的PHA。目前已经商品化的PHA产品主要有聚羟基丁酸(PHB)、羟基丁酸与羟基戊酸的共聚物(PHBV)和羟基丁酸与羟基己酸的共聚物(PHBHHx)。

目前国外已经实现工业化生产的PHA只有PHB以及PHBV,分别由奥地利林茨化学公司和英国帝国化学工业公司在上世纪80年代实施。美国从事生物塑料研发的Metabolix公司和农产品[18.81 3.35% 股吧]巨头阿彻丹尼尔米德兰(ADM)公司将建成产能为5万吨/年的PHA生产装置。意大利Bio-On公司在生物塑料研发领域还与糖类生产商Co.Pro.B公司合作开发甜菜制备生物塑料聚羟基烷基酸酯的生产技术,并计划建设1万吨/年的生产装置。Telles公司在美国爱荷华州的Clinton拥有5万吨/年Mire PHA树脂生产装置。

我国PHA研发及产业化趋势处于世界的前沿,其中有清华大学、中科院微生物所、长春应化所、汕头大学、天津国韵生物科技公司、宁波天安[4.82 0.00%]生物材料公司、广东联亿生物工程公司和江苏南天集团等多家从事PHA生产和研发的单位,预计未来我国将成为世界上生产PHA品种最全,产量最多的国家。

随着能源涨价以及环境问题的日益凸显,世界范围内可降解生物材料替代传统石油产品的步伐呈现出逐步加快的趋势,预计政府还将出台相应的优惠政策和法律法规,鼓励市场应用,生物降解材料的大规模应用前景乐观。

生物降解材料包括用生物技术直接制取的高分子材料,如聚羟基脂肪酸酯(PHA)等;用生物技术制取的原料再经聚合得到的一类材料,如聚乳酸(PLA)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚氨基酸等;此外还有淀粉基生物降解塑料、二氧化碳共聚物脂肪族聚碳酸酯(APC)等。

在众多生物降解材料中,PLA、PHA、PBS是近年来生物材料研究的热点,连同淀粉基生物降解塑料一起成为当前国际生物降解塑料的主流技术,目前技术相对成熟、产业化规模较大,也是市场消费的主要品种。

淀粉基生物降解塑料

淀粉基生物降解塑料,是淀粉经过改性、接枝反应后与其他聚合物共混加工而成的一种塑料产品,在工业上可以代替一般通用塑料等,可以用作包装材料,防震材料,地膜,食品容器,玩具等。

淀粉基生物降解塑料已有30年的研发历史,是研发历史最久、技术最成熟、产业化规模最大、市场占有率最高的一种生物降解塑料。淀粉与PE、PP、PVA、PCL、PLA等聚合物共混粒料已批量生产。

国外淀粉基塑料产品生产商主要有意大利的Novamont公司、美国的Warner-Lambert公司和德国的Biotec公司。我国积极研发并产业化的单位主要有中国科学院理化技术研究所、中国科学院长春应用化学研究所、江西科学院、北京理工大学、华南理工大学、天津大学比澳格(南京)环保材料有限公司、广东上九生物降解塑料有限公司、广州优宝生物科技有限公司、浙江天示生态科技有限公司、中京科林新材料(深圳)有限公司、武汉华丽科技有限公司、哈尔滨绿环降解塑料有限公司、黑龙江绥化绿环降解塑料有限公司、烟台万利达环保材料有限公司等。

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