生物降解塑料市场发展报告.docx
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生物降解塑料市场发展报告
生物降解塑料市场发展报告
生物降解塑料是指在自然环境下通过微生物的生命活动能很快降解的高分子材料。
按其降解特性可分为完全生物降解塑料和生物破坏性塑料。
按其来源则可分为天然高分子材料、微生物合成材料、化学合成材料、掺混型材料等。
从上世纪90年代开始发展的生物降解塑料产业，目前正成为塑料工业缓解石油资源矛盾和治理环境污染的有效途径之一，市场前景十分广阔。
对于我国这样一个塑料制品生产和消费大国，生物降解塑料的研发、生产与应用对塑料产业的可持续发展具有更加重要的意义。
一、国内生物降解塑料产业化情况
我国的降解塑料行业曾走过一条弯路。
上世纪90年代中期，在国家“禁白令”的支持下，国内出现100多条各种类型的“生物降解塑料”生产线。
因为生产技术水平低，产品所谓的降解并非“全降解”，不能完全分解，且价格高，这些厂商很快陷入倒闭或勉强为生的境地。
进入21世纪，我国生物降解塑料的研发和生产均得到了发展，尤其是可再生材料基的生物降解塑料的发展更是取得了长足进步。
近年来我国相关科研部门一直致力于生物降解塑料的研发及应用，和研发企业组成的“生物基”军团已成为全球重要的研发团队。
目前参与生产研发的在150个单位以上，但是量都不大。
最大规模的单位已经做到1万吨的产量了，但主要做出口，因为西方有这个市场。
据报导，2003年我国生物降解材料的用量约1.5万吨，其中不添加淀粉的生物降解聚合物约1000吨。
2007年我国实际生产约3万吨，预计2010年产能将达到25万吨左右。
2007年我国塑料总消费量超过4000万吨。
所以单是生物降解塑料袋要替代传统塑料袋还是很远的事。
2008年8月，全生物降解塑料制品在北京奥运会上全面得到应用。
第29届奥林匹克运动会组织委员会共计采购了7个品种的全生物降解塑料袋共计5,050,218只。
这些袋子的降解性能达到了全世界最严格的降解塑料材料标准——欧盟EN13432膜类认证标准，全降解材料的成分占全部材料的92%以上。
在使用性能上，这些袋子也达到了优质普通塑料袋标准，完全能够满足奥组委的使用要求。
为保证全生物降解塑料制品奥运采购能够在公平、公开、公正中进行，以及保证采购制品的质量，北京新材料发展中心委托中国塑料加工工业协会降解塑料专业委员会，围绕生物降解塑料在奥运会中的应用，起草制定了《降解塑料的定义、分类、标示和降解性能要求》、《降解塑料垃圾袋》和《降解塑料商品零售包装袋》等三类常用产品的行业标准，以完善降解塑料产品的评价体系，为其在奥运会中的规范应用服务。
在北京新材料发展中心的组织下，以以上三类行业标准为基础，中国塑料加工工业协会降解塑料专业委员会制订了全生物降解塑料膜类全降解、可降解等认证标准，并于2008年5月获得了国家标准委员会的审核通过，成为国家认证标准GB/T20197。
这是继欧盟EN13432、美国ASTM6400、日本JIS-K6950之后，世界第四个生物降解塑料膜类认证标准，也是发展中国家的第一个生物降解塑料膜类认证标准，这对规范并促进我国生物降解塑料行业发展，具有重要意义。
目前国内可降解材料及制品行业一批优秀企业已脱颖而出。
武汉华丽环保科技有限公司生产的由葡萄糖组成的可塑淀粉生物降解塑料，可用于一次性餐具、酒店用品、工业包装等领域，市场推广良好；宁波天安生物材料有限公司生产的一种由微生物合成的可降解的聚羟基脂肪酸酯塑料，具有很好的抗热湿气性能，可以在食品包装上大显身手；内蒙古蒙西高分子材料有限责任公司研制开发的二氧化碳聚合物降解塑料，用在农业地膜上效果很好；台湾瑞旗生物科技股份有限公司生产的运用玉米等植物淀粉发酵后，再经过聚合制造出的植物塑料聚乳酸特别适用于餐饮用品、服装制造等领域；浙江海正生物材料股份有限公司研制生产的聚乳酸是一种玉米塑料，可制成高性能的一次性碗、盘、杯、叉、刀、勺等；中科院理化所国家工程塑料中心开发的全生物降解塑料聚丁二酸丁二醇酯，产业化势头尤为迅速，目前已形成超过2万吨/年的生产能力，并已用于北京奥运会作为一次性餐具的材料。
二、生物降解塑料新产品开发情况
近年来，世界工业发达国家十分重视生物降解塑料，特别是原料来自可再生资源或产业废气综合利用（如CO2）的生物降解塑料。
据报道，目前全球研发的生物降解塑料品种已有几十种，可批量生产和工业化生产的品种主要有：
微生物发酵合成的聚羟基脂肪酸酯（PHA、PHB、PHBV等），化学合成的聚乳酸（PLA）、聚己内酯、二元醇二羧酸脂肪族聚酯（PBS）、脂肪族/芳香族共聚酯、二氧化碳/环氧化合物共聚物（APC）、聚乙烯醇（PVA）等，天然高分子淀粉基塑料及其生物降解塑料共混物、塑料合金等。
目前已进入中试或批量生产的品种有PHA（PHB、PHBV、PHBHHX等）、PLA、PBS、APC、改性PVA、淀粉基塑料、淀粉/PVA、PLA、PCL等塑料合金及共混物等。
生物降解塑料又分为天然生物降解塑料、微生物降解塑料和化学合成生物降解塑料。
1．天然生物降解塑料
天然生物降解塑料是指以天然聚合物为原料，可通过各种成型工艺制成生物降解塑料制品的一类材料。
这类材料包括由淀粉、纤维素、甲壳素、大豆蛋白等天然聚合物及其各种衍生物和混合物。
宁波“贝发”就用从玉米棒中提炼出的植物塑性纤维用来制笔，废弃之后会自动降解，尽管这种“玉米笔”售价高出传统产品40%，但依然受到客户的追捧。
经过半年多研发，“贝发”集团在玉米棒、梗、叶等组织中，提取了可用于制笔的植物塑性纤维，并在2008年初推出了6款“玉米笔”，它们是完全零污染的笔，在土壤里8-12个月会自动分解。
高温注塑时，站在注塑机边上还能闻到一股淡淡的玉米香味。
截至2008年11月初已销售近百万支，预计全年将达到480万支。
2．微生物合成生物降解塑料
微生物合成生物降解塑料有聚乳酸（PLA）、聚羟基烷酸酯（PHA）等。
（1）聚乳酸（PLA）聚乳酸耐水但是不能忍受高温（>55℃）。
虽然不是水溶性的，但是海洋环境中的微生物也能使之降解成二氧化碳和水。
这种塑料类似透明的聚苯乙烯，表现出很好的外观（有光泽和透明度），但是它是硬且脆的材料，在大多数实际应用中需要改性。
（例如用增塑剂来提高其柔韧性）。
它可以和许多热塑性塑料一样被加工成纤维、薄膜、热成型或者注塑成型。
玉米塑料只是降解塑料中的一种，是一种能全部降解的生物环保材料，可全部取代不可降解的传统化工塑料如：
聚苯乙烯、聚乙烯、聚酯等，被视为继金属材料、无机材料、高分子材料之后的第四类新材料。
玉米塑料可根据不同需求制成建筑墙体板材、包装材料、纺织面料、日用器具，还可以制成农用地膜、地毯、日常所用的塑料袋以及医用材料。
因此，玉米塑料的开发具有广阔的市场前景。
更为重要的是，由玉米塑料制成的这些物品，废弃后可采用堆肥填埋处理，在自然界微生物的作用下将彻底分解为水和二氧化碳，不仅没有污染环境，还可当作有机肥施入农田成为植物养料。
玉米在加工过程中，通常最先被破碎成淀粉抽提物，然后对淀粉进行加工，产生粗的葡萄糖，接着进行发酵，将葡萄糖转化为乳酸。
产生的乳酸进行浓缩，产生一种可循环的中间体二聚物丙交酯，它可以用于生物聚合物的合成单体。
丙交酯通过真空蒸馏进行纯化，然后使用无溶剂熔融处理打开环结构使之发生聚合，从而产生聚合物聚乳酸。
随着PLA等可生物降解塑料材料的应运而生，在原有聚乙烯等传统不可降解塑料制品中加入适量PLA等生物材料制成的塑料制品，既可部分实现生物降解，原有的力学性能又没有明显的改变。
这一技术突破为解决废旧塑料制品污染找到了一条新途径，也为塑料价值链带来了新机遇。
生物塑料和普通塑料共混使用，在日本已经比较普遍。
如丰田汽车公司的塑料零部件中，30%使用了可生物降解塑料，70%为传统塑料。
这样既提高了塑料部件的可降解程度，成本增加又不是很大，市场接受起来也相对容易一些。
（2）聚羟基烷酸酯（PHA）利用可再生资源得到的生物降解塑料，把脂肪族聚酯和淀粉混合在一起，生产可降解性塑料的技术也已经研究成功。
在欧美国家，淀粉和脂肪族聚酯的共混物被广泛用来生产垃圾袋等产品。
国际上规模最大、销售最好的是意大利的Novamont公司，其商品名为Mater-bi，公司的产品在欧洲和美国有较大量的应用。
像植物用淀粉贮藏糖分一样，自然界中许多微生物都使用一种叫做PHA的聚酯来贮藏能量。
利用PHA良好的生物相容性能，宁波天安生物材料有限公司不仅在国际市场争得一席之地，而且成为世界上最大的PHA类原材料生产厂商。
武汉华丽环保科技有限公司研发的可塑淀粉生物降解（PSM）材料，以植物淀粉、纤维素、竹粉、壳聚糖等为主要原料，通过对淀粉等材料的改性和塑化，使其集刚性、韧性和弹性于一体。
据悉，PSM是中国目前唯一通过欧盟EN13432标准检测和认证的生物降解材料，其降解性能、使用性能、卫生指标居国际领先水平。
3．化学合成生物降解塑料
用微生物等方法合成的生物聚酯价格较高是目前难以普遍采用的主要障碍，化学合成便于批量生产，降低成本。
化学合成法开发的生物降解塑料主要有各种脂肪族聚酯，前者主要品种包括聚己内酯（PCL）、脂肪族聚碳酸酯（二氧化碳和环氧化合物共聚物或称聚二氧化碳）等。
另外，也在开始研究脂肪族聚酯和芳香族聚酯的共聚酯。
（1）聚己内酯（PCL）这种塑料具有良好的生物降解性，熔点是62℃。
分解它的微生物广泛地分布在喜气或厌气条件下。
作为可生物降解材料可把它与淀粉、纤维素类的材料混合在一起，或与乳酸聚合使用。
（2）聚丁二酸丁二醇酯（PBS）及其共聚物PBS以脂肪族二元酸、二元醇为主要原料，既可以通过石油化工产品满足需求，也可通过纤维素、奶业副产物、葡萄糖、果糖、乳糖等自然界可再生农作物产物，经生物发酵途径生产，从而，实现来自自然、回归自然的绿色循环生产。
采用生物发酵工艺生产的原料，还可大幅降低原料成本，从而进一步降低PBS成本。
PBS是生物降解塑料材料中的佼佼者，用途极为广泛，可用于包装、餐具、化妆品瓶及药品瓶、一次性医疗用品、农用薄膜、农药及化肥缓释材料、生物医用高分子材料等领域。
PBS综合性能优异，性价比合理，具有良好的应用推广前景。
中科院理化技术研究所工程塑料国家工程研究中心和扬州市邗江佳美高分子材料有限公司，合资组建扬州市邗江格雷丝高分子材料有限公司，投资5000万元建设2万吨／年PBS生产线，此次在江苏扬州邗江建设的高质量PBS生产线规模居世界之首。
（3）脂肪族芳香族共聚酯德国BASF公司所制造的脂肪族芳香族无规共聚酯（Ecoflex），其单体为：
己二酸、对苯二甲酸、1,4-丁二醇。
目前生产能力在14万吨/年。
同时开发了以聚酯和淀粉为主的生物降解塑料制品。
三、从植物生产塑料的方法
可生物降解聚合物主要有两种类型：
一种来自活性有机体；另一种来自可再生资源，但是需要进行聚合反应。
这两种类型都可以用来生产可生物降解塑料。
从植物变成塑料有两种方法：
第一是使用发酵法，第二是利用植物自身产生塑料。
1．发酵法
发酵法是在无氧环境下，利用微生物分解有机物质。
今天，典型的方法是使用基因工程微生物，特别的设计用于发生发酵以及物质被微生物分解的环境。
目前两种发酵的方法正被用于生产生物聚合物和可生物降解的塑料。
细菌聚酯发酵（BacterialPolyesterFermentation）：
细菌ralstoniaeutropha（罗尔斯通氏菌）被用于发酵工艺，在其中细菌利用收获的植物糖类，例如玉米。
这些细胞加工的副产物是一种聚酯类的生物高分子，这可以从细菌细胞中分离出来。
乳酸发酵（LacticAcidFermentation）：
乳酸是由糖发酵而来，非常类似由细菌直接产生聚酯聚合物所使用的方法。
但是在这一发酵过程中，发酵的副产物是乳酸，可以使用传统的聚合工艺作进一步的处理，将这种材料转化成聚乳酸（PLA）。
2．直接植物来源
植物具有成为塑料生产加工厂的潜力。
通过基因学最大可能地开发植物。
使用生物技术将获得的基因可以植入农作物中，结果可以开发出具有独特性能的塑料新材料。
研究人员利用这种基因工程，已经得到了一种名为拟南芥（Arabidopsisthaliana）的植物。
这种植物所含有的酶可以被细菌利用，从而形成塑料。
细菌通过把阳光转换成能量而得到塑料。
研究人员已经将这种酶的代码转移到植物中去，通过细胞加工使植物产生出塑料。
植物收获以后通过溶剂作用将塑料萃取出来。
得到液体，然后通过蒸馏方法将溶剂从得到的塑料中分离出来。
四、生物降解塑料的环保效益
一度曾经考虑农业材料作为塑料生产的替代原料和能量来源，但是十多年来都达不到预期目标。
农业原料生产塑料主要障碍是成本和产品的功能性限制（淀粉产品对湿度敏感，聚羟基丁酸的脆性），以及专用塑料材料加工时缺乏柔韧性。
飞涨的油价、全球对可再生能源的关注、对温室气体的日益关注以及对于废物管理的重视，各种要素的汇合重新引起了对生物聚合物以及生产这种材料功效的兴趣。
植物培养和加工的新技术正在缩短生物塑料和合成塑料之间成本的差异，以及材料性能的提高。
环境法规的日益完善性，已经刺激了对可生物降解塑料的兴趣。
1．节约不可再生资源
差不多所有塑料的90%主要是由不可再生能源生产或者衍生而来的，其中包括天然气、石脑油、原油和煤，这些材料在塑料制造中起到原材料和能源的作用。
2．有效地保护环境
按照经验方法，淀粉基塑料二氧化碳释放量，相对于一吨的石油原料衍生的塑料来说，可以减少0.8到3.2吨的二氧化碳排放量，这个范围影响到了塑料用石油基共聚物所占的份额。
对于以含油种子为基础的塑料替代材料来说，以二氧化碳相等物的温室气体排放来说，据估计从每吨菜籽油中减少的排放量为1.5吨。
五、生物降解塑料存在的问题
生物降解塑料作为一种治理塑料废弃物的全新技术途径，经过多年研究开发，目前已取得令人满意的进展。
但也存在一些问题：
如加工难度较大、价格较贵等问题；另外，更合理的工艺配方等技术问题还有待进一步提高和完善。
1．性能有不足
生物塑料的耐高温性能不好，很多生物塑料在50℃～55℃就会变形，其应用领域和适用范围因此受到很大限制。
而且，生物塑料一般来说都很脆，抗冲击性能不好，难以在汽车零部件等对抗冲性要求较高的领域使用。
进一步改善生物降解塑料产品性能，将其推广到电子产品，甚至是汽车材料领域，才能真正使生物塑料获得大规模推广应用。
美国普立万公司一直在为提高生物塑料的耐高温性能而努力。
该公司推出了其开发的、改善了材料抗冲击性并可在100℃以上加工使用的可生物降解塑料技术。
耐高温产品的推出，使生物塑料在家用塑料制品中大规模应用成为可能。
普立万与全球领先的家居和办公室配件供应商合作推出了可生物降解的浴室配件。
该产品采用了普立万开发的PHBV（聚羟基丁酸戊酸共聚酯）为基础的生物降解材料，让牙刷架、浴室盒、浴室杯、定量分配器、肥皂盒及浴桶等在保留原有设计和质量标准的情况下更加环保。
日本东丽公司与昭和公司合作开发的以PLA和纤维素为主要成分的PLA生物塑料耐热温度已经达到150℃，美国伊士曼公司和日本昭和高分子公司推出的生物法聚丁二酸丁二酯已经可以作为家用电器和电子仪器等的包装材料。
总之，可生物降解塑料的耐高温性能正在逐步提升，进一步推广应用的条件正在逐步成熟。
2．制造成本过高
目前的降解塑料，不管是玉米塑料、淀粉塑料抑或其他性质的生物降解塑料，都普遍存在一个问题，就是制造成本太高，无法普及或者说无法像现有的聚苯乙烯、聚乙烯、聚酯等被广泛应用。
在人们的日常生活中，目前生物降解塑料还是很难被广泛应用的。
价格高是生物塑料推广难的最主要原因，尤其是在国际油价相对比较低的时候，传统塑料的价格优势非常明显。
从全球范围内看，几年前就形成了生物降解塑料热，但由于可生物降解塑料价格相对高昂、某些性能指标与传统塑料还有一定差距，其市场接受度还不是很高。
六、促进生物降解塑料的发展
1．发展高性能降解塑料
目前，生物降解塑料制品的性能还无法完全满足消费者需求，尽管目前市场上已有的品种众多，但每种材料本身的机械和加工性能只是某一方面有突出的特性，综合性能还存在这样或那样的不足，这一点将是制约其市场应用推广的瓶颈之一。
应在改进降解塑料各方面性能上有所作为，比如其耐热、耐水和机械强度等性能，以求得生物降解塑料业向更高档次发展。
2．发展自主知识产权
国外对生物降解塑料制品研发和生产应用相对较早，已经申请了许多专利，从而给国内企业开发新产品时，造成了一定的技术壁垒。
国内企业在开发生物降解塑料制品的同时，应该注意加快有自主知识产权、创新型产品和用途的开发。
3．促进制品加工
目前国内从事制品加工研究的力量尚显薄弱，大部分企业将关注的重点集中在材料合成上，而忽略了制品加工开发，一些生物降解塑料做成的餐饮具在耐热、耐水及机械强度方面与传统塑料制品相差较远，而这一点恰恰是生物降解塑料能否大规模市场化的关键。
4．加大政策扶持
在推广的初始阶段，生物塑料很需要政策的支持。
建议对生物降解塑料制品的应用和发展采取补贴政策，包括中央政府补贴和地方政府补贴。
中央财政可通过科技攻关资金、贴息等进行补贴。
对利用生物质原料生产生物降解塑料的企业采用低息贷款政策、技术改造专项贷款、信用担保政策等来鼓励产业发展。
为鼓励和扶持一些企业的发展，可以按照新的企业所得税条例规定减免优惠政策。
在一些发达国家，政府出面规定商场和超市必须采用经PLA等生物料料改性、具有可降解性能的塑料薄膜制品，这样的政府调节行为，对推动生物塑料产业和相关的传统塑料/生物塑料改性及其制品加工业的良性发展是十分必要的。
据报道，2007年3月2日，美国旧金山市议会通过了禁止超市、药店等零售商使用传统塑料袋的法案。
该法案规定，超市和药店等零售商只能向顾客提供纸袋、布袋或以玉米副产品为原料生产的可生物降解塑料袋，化工塑料袋被严格禁止。
此法案大大推动了生物塑料袋的应用推广速度。
5．促进回收利用
一定要对降解塑料进行明确标识，再加以回收。
能再利用的，收集后再进行成型加工成制品；对不能再利用的要考虑合理处理的办法。
针对传统塑料添加淀粉等再生资源的降解塑料，可以采用热能回收的垃圾处理系统。
对生物降解塑料，可着重考虑堆肥的处理办法。
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