【干货】几种可生物降解塑料的性能与应用领域对比
已有人阅读此文 - -市面上常见的可生物降解塑料见下表,其中,PLA、PBS 和 PBAT 的产业化程度较高。不同的可生物降解塑料的特点不同,各有优缺点。
为促进对可生物降解塑料的了解和认识,小编将从综合性能和应用领域等方面综合比较上述可生物降解塑料,以期为相关行业从事人员提供参考。
综合性能对比
聚乙烯(PE)是应用较广的传统塑料,也是可生物降解塑料的主要替代对象。PE具有优异的结晶性、水蒸气阻隔性和耐候性,这些性能可统称为“PE 特性”。
事实上,目前常见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键的 PE,其分子链中的酯键赋予其生物降解性,脂肪链赋予其“PE 特性”。有前景的可生物降解塑料需要兼具生物降解性和“PE 特性”。
因此,将可生物降解塑料与PE进行综合性能对比是非常有必要的。
可以看出,不同可生物降解塑料的特点也不同,各有优缺点,但均不完全具备“ PE 特性”。
PBAT 和PBS 的熔点和力学性能与 PE 相当,说明其可基本覆盖 PE 在一次性制品行业中的应用,但是相比于 PBAT,PBS 存在水解速率过快、贮存稳定性差的缺陷;PLA 的熔点和强度高于 PE,但拉伸韧性和结晶性明显较低,其经过增韧、结晶促进等改性后也可以基本覆盖 PE 在一次性制品行业中的应用。
另外,PLA、PBAT、PBS 的商品化程度较高,在以前供需状况不紧张的情况下,市场价格可稳定在2 万 元/t 左 右,但仍然明显高于通用塑料PE。而且,在现阶段供应不求的情况下,PLA 的市场价格涨至4万元/t,还一料难求。
PGA 和 PHA 的熔点和强度高于 PE,但拉伸韧性低于 PE,具有与 PLA 一样的基本性能特点。但是,它们具有 PLA 所不具备的独特性能,尤其是PGA ,具有非常优异的强度和气体阻隔性,赋予其在高性能塑料领域的应用潜力,如高阻气性包装材料和工程塑料。
现阶段 PGA 和 PHA 的生产成本过高,商品化程度较低,而且降解速率太快,贮存稳定性较差。但是,考虑到其具有独特的性能,且成本在未来有望降低,具有较好的发展前景。
PCL 的熔点仅60℃,使用上限温度低;PPC 为无定型聚合物,且玻璃化转变温度为45℃左右,即 PPC在40℃以上就会发生变形。这两种可生物降解塑料均存在使用上限温度低的缺陷,因此,其应用范围严重受限。
综上所述,已商品化的 PLA 、PBAT、PBS 的市场前景较好。但是,若要大范围替代现有通用塑料 PE ,不仅生产成本有待进一步降低,而且有赖于一些问题的妥善解决,即提高产品的“ PE特性”。另外,具有独特性能的 PGA 的大规模应用也有待相关问题的解决。
应用领域对比
表4是部分可生物降解塑料在现阶段的主要应用领域。其中,PLA 和 PBAT 主要应用于日常塑料,最符合现阶段的“限塑”政策需求。根据国内 2018 年的统计数据,我国一次性塑料制品耗量高达2000万吨,占国内塑料制品产量的 33%。
理论上,PLA 和 PBAT 可以对所有一次性塑料制品进行替代,即是一个潜在市场容量超过2000万吨的市场。
另外,PLA 和 PBAT 的应用领域虽有重叠,但各自特点不同,比如 PLA 属于硬塑料,而 PBAT 属于软塑料,可近似看作石化产品中的PP和PE。而且,吹膜加工性差的 PLA 做膜袋,多与韧性好的 PBAT 共混,其可在提高吹膜加工性的同时又不损害其可生物降解性。
其他几种现阶段产业化水平不高的可生物降解塑料基本用于用量少、附加值高的生物医用材料领域。不过如前文所述,这些塑料具有 PLA 和 PBAT、PBS 所不具有的独特性能,一旦产业化进程加速,其独特的相关性能将赋予其广阔的应用前景。
总结
随着世界范围内垃圾分类和“限塑令”的强制性逐步升级,可生物降解塑料已然站上风口,尤其在近期,可生物降解塑料市场占有率最高的 PLA 价格整体暴涨,甚至出现“一料难求”的状况。
中国现有可降解塑料的年产能约为 31 万吨,占全球可生物降解塑料年产量的 37%。据预测,全球降解材料的年增长率将超过 20%,而中国将是未来几年产能扩张的主力军,其产品不仅可扩大出口,也将助力国内日益火爆的降解塑料市场的发展。
目前,PLA 和 PBS、PBAT 是产量较大的降解塑料,且市场认可度较高,最有望大范围替代现有不可降解塑料 PE、PP,用于一次性塑料制品领域。
其他可生物降解塑料目前产能有限,且市场集中于附加值高的高端生物医用材料领域,还无法与 PLA 和PBS、PBAT 材料在替代通用塑料方面形成竞争。但是,这些具有独特性能的可生物降解塑料的大规模产业化进程正在加速,预计在未来将具有广阔的发展前景。