PLA/PBAT/PBS/PPC/PHA等几种可生物降解塑料的性能和应用比较

　　可生物降解塑料是指各项性能在储存期内满足使用要求，而使用后可在自然环境条件下降解成对环境无害的物质的一类塑料，被认为是解决塑料污染问题的有效途径之一。市面上常见的可生物降解塑料见表1，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，本文从产能、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，供参考。

　　表1常见的可生物降解塑料及其命名缩写

　　1产能情况对比

　　图1是几种可生物降解翔料截至2019年12月的现有产能及已知的预计增加产能。可以明显发现PLA和PBS/PBAT是现有产能最大的两种降解材料，全球产能均达到30万t/a级别，而且，在全球整体“限塑”政策向好的情况下，PLA和PBS PBAT材料市场也变得十分火热，未来10年预计产能将分别大幅增加95万1/a和50万1/a能有效缓解目前可生物降解塑料供不应求的局面。当然这些规划中的项目大多处于前期筹备阶段能否如期投产不得而知。

　　但是，这在一定程度上说明了PLA和PBS/PBAT材料是目前市场上认可度最高的可生物降解塑料另外相对于生产原料易获得、生产技术较成熟的PBS/PBAT类材料国内PLA的生产技术明显滞后尤其是丙交酯原料受制干人导致国内PLA产能明显低干国外PLA产能。目前中科院长春应化所陈学思院士团队有可能打破这种桎梏，其团队开发了可工业化应用的第二代丙交酯制备技术,形成了从丙交酯到聚乳酸终端产品的新一代全产业链技术，日经过行业科技成果鉴定，整体技术处于国际领先水平。

　　图1几种可生物降解塑料的现有产能及预计增加产能（2019.12）

　　PHA、PPC、PGA、PCL等可降解塑料的现有产能和未来预计增加产能均较小主要原因在于此类可生物降解朔料还处干产业化初级阶段生产技术不成熟、生产成本过高导致市场认可度不高，现阶段无法与PLA和PBS/PBAT在替代通用塑料方面形成竞争，而是多用于高端生物医用材料领域值得注意的是，这类可生物降解材料通常具有PLA和PBS/PBAT所不具有的独特性能。举个例子PGA具有非常优异的力学强度和气体阻隔性，其在油气井压裂球和高阻气性包装材料等领域中的应用潜力非常大。目前国内以煤化工路线生产PGA成本有望降至1万元/，届时其应用范围有望从量少的高端生物医用材料领域向量大的高性能塑料领域延伸。

　　2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聚乙烯进行综合性能对比是非常有必要的(见表2)。

　　表2几种可生物降解塑料与通用塑料低密度聚乙烯（LDPE）的综合性能对比分析

　　从表2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，笔者认为其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的市场前景最好。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，详见表3。