可降解材料根據材料來源與制備工藝,可分為天然可降解高分子材料、微生物合成可降解高分子材料和化學合成可降解高分子材料。
化學合成高分子材料是以石油基資源或可再生資源的小分子為原料,通過人工合成的聚合物。這種材料能夠從分子角度來設計分子鏈的結構,從而達到控制材料性能,適合大規模生產,使得此種材料的應用性更廣。化學合成可降解高分子材料主要包括聚酯、聚碳酸酯和聚酸酐等高分子材料,其中脂肪族聚酯最為重要,下面對幾種典型的可降解聚酯材料進行介紹。
聚乳酸(PLA)
聚乳酸又稱聚丙交酯,是一種來源于淀粉的熱塑性脂肪族聚酯,不僅具有良好的生物相容性、抗溶劑性、機械性能和可加工性,且無毒、無刺激性味,產量大,是一種新型綠色友好材料。PLA在現階段的主要應用是一次性刀叉勺、吸管、紙餐具隔水膜等,未來可用于無紡布、纖維類等應用領域。
PLA由乳酸單體聚合而成,乳酸可以從淀粉等糖類物質、農作物玉米、秸稈等廢棄物發酵而來,因此PLA是目前研究最多、產量最大、商業化最成功的可生物降解材料之一。
聚己二酸/對苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)
PBAT是一種可生物降解的芳香族聚酯,由己二酸丁二醇酯(PBA)和對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)兩種來自煤炭和石油的聚合物共聚而成。PBAT有和傳統聚乙烯相似的物理性質,可用于吹膜,是目前生物降解塑料袋和生物降解地膜的主要原料。國內PBAT產能增長迅速,2021年前產能不足40萬噸/年,目前規劃在建產能接近400萬噸/年,產能增長將大大拉低生物降解塑料袋產品價格,未來可預期的產品價格是高于傳統聚乙烯價格50%。
聚丁二酸丁二醇酯(PBS)
PBS是一種具有良好機械性能的可生物降解脂肪族聚酯,由丁二醇和丁二酸聚合而成。與聚乳酸等可生物降解材料相比,其原材料價格低廉,可以用做垃圾袋、包裝袋、化妝品瓶、各種塑料卡片、嬰兒尿布、農用材料及藥物緩釋載體基質等;還有其它涉及到環境保護的各種塑料制品,如土木綠化用網、膜等。可用于包裝、餐具、化妝品瓶及藥品瓶、一次性醫療用品、農用薄膜、農藥及化肥緩釋材料、生物醫用高分子材料等領域。
聚乙醇酸(PGA)
聚乙醇酸,又稱聚羥基乙酸。乙醇酸是正常人體在新陳代謝過程中產生的,乙醇酸的聚合物就是聚乙醇酸。聚乙醇酸是一種具有良好生物降解性和生物相容性的合成高分子材料。聚乙醇酸可用在醫用縫合線、藥物控釋載體、骨折固定材料、組織工程支架、縫合補強材料。作為生物降解材料,根據其分子量和降解環境的不同可以在 1-6 個月內完全降解,并且是目前為數不多的海洋環境降解塑料(海水降解)之一。
從市面上的反映情況來看:目前生物降解塑料占比只有2.36%,提升空間巨大。
根據塑料加工工業協會的數據,2018我國一次性塑料制品耗量高達2000萬t,占國內塑料制品產量的33%;2019年我國的塑料制品產量高達8184萬噸。因此保守估計2020年我國一次性塑料制品消耗量大約為2200萬噸。根據前瞻產業研究院的數據,2019年我國的生物降解塑料的消耗量為52萬噸,即約占一次性塑料制品消耗量的2.36%,顯然替代空間是巨大的。