生物基塑料：规模化应用渐行渐近
■ 中国塑协降解塑料专业委员会 翁云宣
近几年生物基塑料方面发展迅猛，关键技术不断突破，产品种类速增，产品经济性增强，正在成为产业投资的热点，显示了强劲的发展势头，有数十条万吨以上的生产线已经或正在建设中。目前生物基塑料产业正处于实验室研发向工业化生产和规模应用过渡的阶段，但是微生物合成菌种、原材料研发、产品成型加工技术及装备、规模化应用示范等方面的水平仍有待进一步提高。
生物降解生物基塑料：
国内产品已具竞争力
1．二元酸二元醇共聚酯（PBS、PBSA、PBAT）
二元酸二元醇共聚酯（聚丁二酸丁二酯（PBS）、聚丁二酸-己二酸丁二酯（PBSA）、聚对苯二甲酸-己二酸丁二酯（PBAT））国内产能已超过10万吨。主要生产厂家包括：常茂生物化学工程股份有限公司，已建1万吨生物发酵法丁二酸生产线；安庆和兴化工有限公司已建成1万吨PBS项目；杭州亿帆鑫富药业股份有限公司，已建成1.3万吨PBS、PBAT生产线；广州金发科技股份有限公司，已建成3万吨PBSA生产线；山东悦泰生物新材料有限公司（原山东汇盈新材料有限公司）已建成2.5万吨PBS、PBAT；新疆蓝山屯河聚酯有限公司，拥有5000吨薄膜级PBS及PBAT生产装置，目前正在建设3万吨生产线；金晖兆隆高新科技有限公司，已建成2万吨PBS、PBAT生产线等。
2．聚乳酸（PLA）
聚乳酸（PLA）国内表观消费总量已达到2.2万吨以上，产品主要销往海外。其中，浙江海正生物材料有限公司在5000吨产能基础上进行了扩建，达到1.5万吨的生产能力，且5万吨生产线已于2014年年底动工建设。除浙江海正外，江苏宿迁允友成生物环保材料有限公司1万吨PLA生产线已开始调试；江苏仪征化纤纺织有限公司4000吨PLA纤维树脂线，江苏南通九鼎新材料股份有限公司万吨级PLA生产线，安徽马鞍山同杰良生物材料有限公司1万吨PLA树脂生产线已于2014年验收；深圳光华伟业股份有限公司湖北孝感千吨级PLA生产线都已能投入生产；正准备建设的有吉林中粮生化有限公司的1万吨生产线、山东金玉米生化有限公司的1万吨PLA生产线、河南南乐龙都天仁生物材料有限公司1万吨生产线。
在世界范围内，聚乳酸最大的生产商是美国Natureworks公司，年产能为14万吨。相比国外，我国PLA的产业规模偏小，产业链、产业集群尚未有效形成，使得成本偏高，一些高端设备和丙交酯等原料高度依赖国外；但国内在一些产品方面如一次性包装制品、购物袋、餐具以及纤维制品等方面的加工、生产与领域，已经在国际上具有较强的竞争力。
3．二氧化碳共聚物
国内主要研究单位有中科院长春应用化学研究所、中科院广州化学研究所、浙江大学、中山大学等。企业方面，浙江台州邦丰塑料有限公司从2010年6月开始利用长春应化所的专利技术，2012年建成1万吨产能生产线，已能连续稳定生产；河南天冠集团有限公司以自主知识产权的二氧化碳捕获技术和成套装备技术，建成了5000吨级工业化生产线，拥有10多项专利；江苏中科金龙化工股份有限公司已建成2.2万吨产能PPC生产线和160万平方米高阻燃保温材料生产线；南通华盛高聚物科技发展有限公司从2007年12月开始与长春应化所合作开发PPC改性和膜加工技术，生产的塑料薄膜开始出口美国、日本和欧盟。
4．聚羟基烷酸酯（PHA）
我国研究PHA较早，处于世界先进水平。规模化生产的企业有：宁波天安生物材料有限公司，已经达到2000吨的生产能力；天津国韵生物科技有限公司在天津已建设了年产1万吨产能的PHA生产线，目前和北京福创投资公司合作后，拟在吉林筹建10万吨产能的新工厂。
5．聚己内酯（PCL）
PCL因在药物透过和长时间稳定释放药物等方面的优良性能，在临床医学研究中表现出了巨大潜力。其合成方法和改性均是国内外专家的研究热点。我国从事PCL研究的单位有四川大学、武汉大学等，其中，四川大学采用己二醇一步法合成己内酯单体，生产工艺绿色环保。深圳市光华伟业股份有限公司采用ε-己内酯在金属有机化合物（如四苯基锡）做催化剂，二羟基或三羟基做引发剂的条件下开环聚合生产聚己内酯，在2007年年底建成了500吨的聚己内酯中试生产线，并拟建2000吨的生产线。
6．热塑性生物质塑料
热塑性淀粉基塑料方面，已产业化或已中试的企业有武汉华丽、广东益德、苏州汉丰、浙江天禾、浙江华发、南京比澳格、浙江天禾、广东上九、烟台阳光澳洲、常州龙骏、肇庆华芳等公司。其中，武汉华丽建立了完整产业链，已建成6万吨产能规模，以木薯淀粉、秸秆纤维为主要原料的生物塑料及制品研发生产基地；苏州汉丰4万吨木薯变性淀粉，产品包括变性淀粉、添加母料、专用料、片材、膜袋类、注塑与吸塑类等，规模化3万吨级粒料及制品；浙江天禾拥有3.5万吨生物基全系列材料与产品（包括吹膜、吸塑、注塑产品）；浙江华发生态科技有限公司规模8000吨；常州龙骏规模8000吨。
不可降解生物基塑料：
国际巨头实力雄厚
1．生物基聚酰胺（PA）
生物基PA指相对于石油基PA，其单体源于可再生物质(如蓖麻油、葡萄糖)，完全生物基PA主要有PA11、PA1010，部分生物基PA主要有 PA610、PA1012、PA410、PA10T等。生物基PA部分品种工艺路线非常成熟，已经有数十年的商业化历程。按照生物质的来源，目前主要可分为油脂路线和多糖路线。油脂路线多以蓖麻油为原料，生物基PA11以ω-十一氨基酸单体聚合而成，生物基PA12以十二氨基酸为单体聚合而成，生物基 PA1010、PA1012、PA610、PA410、PA10T由二元酸和二元胺缩聚而成，起始原料全部或部分是蓖麻油。多糖路线，多糖包括葡萄糖、纤维素等，其中从葡萄糖制备生物基PA的路线较为成熟。据美国Rennovia公司估算，在2022年，全球生物基PA66纤维的产量将突破100万吨。
法国Arkema公司、美国DuPont公司以及Rennovia公司等都是世界上位居前列的生物基PA生产企业。目前，他们对生物基PA的研究热点集中于对其生产原料的扩展研究和成本的降低。尽管面临着行业巨头带来的压力及生物基PA技术的挑战，我国生物基PA相关企业却在持续稳步发展。目前，国内生产生物基PA的企业主要有苏州翰普高分子材料有限公司、上海凯赛公司、广州金发科技股份有限公司等，郑州大学和山东拓普生物材料有限公司合作，计划建立1万吨长链二元酸、聚酰胺树脂等产品的生产示范线。
2．聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)
PTT是一种以对苯二甲酸、1,3-丙二醇为主要原料缩聚而成的聚酯，其中1,3-丙二醇可由生物法经氧化途径或还原途径制得。
3．生物基聚氨酯（PU）
生物基聚氨酯通常指传统石油基PU中的含活泼氢化合物由可再生物质替代，或由可再生物质经非异氰酸酯法合成的一类生物基高分子材料，包括油脂基聚氨酯、多糖基聚氨酯、氨基酸基聚氨酯等。其中油脂基聚氨酯由于性能优良，技术相对成熟，已经实现了产业化，产品应用在建筑保温、座椅、涂料、胶粘剂及密封胶等不同领域。
产业化之路并不平坦
生物基塑料目前正处于产业化的初级阶段。从短期看，一些具有功能性的应用品种将有较快发展，如生物降解塑料由于具备了生物降解性能而符合欧美发达国家禁塑令的要求，即使成本高也有较大的市场空间。从长远看，一些不可降解生物基塑料也可能在国际上有较大规模应用。但在我国，这些材料目前尚无中试规模，因此在短期内不会有很大规模的发展。
分品种来看，聚乳酸（PLA）虽然产能有所上升，但面临竞争风险对象仍是美国NatureWorks公司，目前NatureWorks公司PLA产品价格远远低于国产原料，而且其在泰国的利用木薯淀粉为原料年产10万吨PLA工厂预计将投入生产。
聚丁二酸丁二酯（PBS）、聚对苯二甲酸己二酸-丁二酯（PBAT）国内总产能已达10万吨，规模化生产厂家达到6家，但实际表观消费量约1.5万吨。另外，山东兰典公司正在准备建设10 万吨PBS生产线，总体来看此类材料的产能已出现过剩现象。除了国内的竞争风险外，国际巨头如巴斯夫公司也是强有力的竞争对手。包括PTT等聚合物的二元酸二元醇共聚酯虽然有中试规模工厂，但在生物基化工原料方面仍缺乏有竞争力的供给商，产品大规模生产成本及其应用性能尚具有不确定性。