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生物可降解高分子塑料: 性能需提升 成本待下降
2018年22期 发行日期:2018-11-15
作者:■ 中国科学院大学 刘仁材

       近几年,我国进入消费型时代,成为世界上塑料需求最大的国家之一。随着人们环保意识的提升,塑料产业的发展正面临一项重大变革,从过去的不可分解塑料渐渐转向生物可降解高分子塑料。现阶段,生物可降解高分子的性能及加工技术已获得较大的改善,在产品上已经可以取代部分传统塑料。可以预测,在不久的将来,生物可降解高分子塑料将会完全取代传统不可分解塑料。

材料推广需政策先行
    
    白色污染的治理已成为世界各国政府的首要工作之一。各国在塑料的限用、禁用上纷纷出台了许多条例法规,通过塑料产品的限用、收集与收取污染物处理费用,推动可分解塑料的应用。例如,法国在2005年出台一项政策,规定2010年以后一次性塑料袋都需要替换为生物可降解塑料。意大利从2011年起规定在小型便利超市和大型购物中心全面禁售PE购物袋。德国也曾颁布法规,规定生物可降解塑料生产与销售者能豁免回收义务及税收。2012年,欧盟筹划对全欧洲实施禁塑令,禁用非生物降解塑料袋。今年8月,智利也宣布了禁塑令。此外,新西兰也即将在2019年起步进入禁塑国家行列。
       中国于2004年通过了可再生能源法草案与固废法,鼓励可降解塑料的推广应用;在2006年建立了推广生物降解材料发展专项基金;2007年公布了降解塑料定义、分类、标示及降解性能要求,得到欧洲、美国及日本的互认。2008年,国务院下发限制生产销售塑料购物袋通知,实行塑料袋有偿使用制度。2015年,吉林省成为全国第一个禁塑地区。在国内外各种政策的影响下,可以预期生物可降解塑料即将进入发展的黄金时期。

市场需求迅速增长 
  
    由于环保意识的抬头,从2014年开始至今,生物可降解高分子材料需求大增。据估计,2018年全球生物可降解聚合物的需求量约为36万吨,未来五年年增长率达9%,预计到2023年全球生物可降解高分子产品消耗量可增长超过50%,达55万吨。根据IHS Markit分析报告,2018年全球生物可降解高分子塑料市场已超过11亿美元,预测到2023年,全球市场份额有望达到17亿美元。欧洲对其需求增长尤其明显,主要原因是欧洲对生物可降解塑料的推广出台了较为严格的政策。预计从2019年开始,亚洲地区将成为生物可降解高分子塑料的主战场,其市场份额将从2013年的26%增长至33%。
    生物可降解高分子塑料应用领域主要集中在包装、纤维纺织、农业及塑料行业,其中包装行业占市场总额的70%。一次性包装行业是市场主流,受惠于“限塑令”或“禁塑令”,一次性餐具如杯子、盘子、刀叉、塑料购物袋,将有大幅的增长空间。另外, 生物可降解塑料矿泉水瓶可能成为新的生物可降解高分子材料需求点。可发性淀粉基泡沫可降解高分子材料也能做成抗机械冲击吸收和减震能力的片材及板材,性能可与传统聚氨酯泡沫材料媲美。此外,随着全球老龄化社会结构逐渐形成,未来生物可降解高分子的医疗需求可能成为主要增长因素之一。

生物可降解高分子发展的困境
    
    生物可分解高分子塑料的发展困境主要来自于以下几点:一是技术不够成熟,可降解塑料的性能无法取代及满足传统塑料需求。目前的生物可降解高分子塑料综合性能不足,只能单方面地提升某一性质,而综合性能目前尚难与石油基产品竞争。例如,在一次性餐具应用方面,生物可降解高分子塑料餐具在力学强度、耐热及防水方面与传统一次性塑料餐具尚有差距,无法完全取代传统塑料。二是各国对可降解塑料标准的评价系统尚不完善。截至目前,各国对生物可降解高分子塑料的评价系统尚未统一,造成各个国家在使用生物可降解高分子塑料方面有一定的难度。三是成本问题居高不下。生物可分解高分子塑料在原料、生产及应用过程所产生的成本费用依然高于传统塑料,使得其应用受到阻碍。

生物可降解高分子发展方向
   
    笔者认为,生物可降解高分子的发展方向主要有以下三方面:
    一是堆肥清除生活垃圾。可降解高分子塑料堆肥的市场潜力值得关注。就美国而言,垃圾掩埋是处理生活垃圾的主要方法,据统计,2014年美国53%的垃圾进行掩埋处理,26%进行回收处理,13%利用燃烧处理,仅有9%进行堆肥处理。堆肥完全降解的生物可降解高分子塑料有望用来清除生活垃圾,并利于有机农业,可谓一举两得。
    其次,随着全球老龄化社会结构来临,由于大多数生物可降解高分子具有生物相容性的特性,其可能转向医用材料领域应用发展,这将是生物可降解高分子未来最具发展潜力的领域之一。以聚乳酸(PLA)为例,近几年来,该种材料已开始进入生物医用材料领域,作为骨钉、骨板、手术缝线、药物载体及组织工程材料,取代了过去传统的金属医用植入材料。此外,聚酯内酯(PCL)、水溶性聚乙烯醇(PVA)、聚羟基脂肪酸酯(PHA)等材料也是未来重点发展的生物医用可降解高分子,可创造可观的利润。从长远来看,生物可降解高分子医用材料将会成为全球生物可降解高分子材料的兵家必争之地,若能提早布局,将会对整个国内生物可降解高分子产业发挥巨大作用。
    除此之外,复合式生物可降解高分子也是重点发展的方向之一。由于单一可降解高分子本身并不具备多种优良性质,而两种或两种以上可降解高分子形成复合物,会提高复合材料的力学性质,控制降解速率,提高加工性能,降低成本,有利于可降解高分子材料的应用推广。

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