合成材料工業(yè)經(jīng)過近兩百年的發(fā)展烦衣，分子設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)的是高使用性能歹河，沒有考慮自然界中的循環(huán)問題掩浙。強(qiáng)大的共價(jià)鍵組合及較高的材料結(jié)晶度，導(dǎo)致光秸歧、氧及自然界中的微生物和酶不易對廢棄物進(jìn)行自然分解厨姚。至今全球共生產(chǎn)超過95億噸塑料，只有9%被回收键菱、12%被焚燒谬墙，其余79%散落在環(huán)境中。按目前的管理模式经备，到2050年全球?qū)a(chǎn)生120億噸廢塑料拭抬，需要數(shù)百年才能降解。

解決白色污染問題弄喘，需要使高分子材料產(chǎn)業(yè)進(jìn)入循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式玖喘，包括“生物循環(huán)”和“技術(shù)循環(huán)”兩種模式∧⒅荆“生物循環(huán)”是指高分子材料在使用后累奈，在生物酶和其他因素的作用下完全降解為二氧化碳或（和）甲烷、水及其所含元素的礦化無機(jī)鹽急但，以及新的生物質(zhì)澎媒。

生物降解塑料的發(fā)展歷程

降解塑料的商業(yè)化開發(fā)已有40多年，經(jīng)歷了較長時(shí)間的認(rèn)知與爭論波桩。上世紀(jì)90年代以來戒努，可降解塑料主要是指聚烯烴等材料中添加淀粉的品種，被冠上了“降解塑料”或“光/氧降解塑料”的名稱镐躲。歐盟于2019年明確禁用储玫，我國則在2021年2月明確出臺生物降解材料不能含有聚烯烴等傳統(tǒng)材料的規(guī)定。

2017年7月萤皂，我國發(fā)布《關(guān)于印發(fā)禁止洋垃圾入境推進(jìn)固體廢物進(jìn)口管理制度改革實(shí)施方案的通知》撒穷，正式關(guān)閉了歐美國家每年將7000多萬噸廢塑料運(yùn)往我國的大門。同年裆熙，歐盟委員會發(fā)布《歐洲循環(huán)經(jīng)濟(jì)中的塑料戰(zhàn)略》端礼。到2019年底，全球共有87個(gè)國家和地區(qū)采取了不同措施禁塑入录、限塑蛤奥。

我國政府從1999年開始陸續(xù)出臺一系列國家層面的禁限塑政策，在生物基僚稿、化石基可降解聚合物的研究方面開展了多年的工作凡桥，開發(fā)了PHBV、PLA贫奠、PBS系列等生物降解產(chǎn)品唬血。2020年11月望蜡，我國公布《降解塑料的定義、分類拷恨、 標(biāo)志和降解性能要求GB/T 20197-202X（征求意見稿）》脖律。該項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)將全部替代原國標(biāo)的GB/T 20197-2006版。對于降解塑料的定義由過去的“淀粉添加型降解塑料”類嚴(yán)格限制在“必須完全降解變成二氧化碳或/和甲烷腕侄、水及其所含元素的礦化無機(jī)鹽以及新的生物質(zhì)”小泉，生物降解率必須大于90%。

生物降解塑料按照原料來源分類可分為兩大類：生物基生物降解塑料和化石基生物降解塑料（見表1）冕杠。

生物降解塑料的共性是：在分子設(shè)計(jì)時(shí)主鏈引入酯鍵微姊。酯鍵是不穩(wěn)定的化學(xué)鍵之一，在生物酶和水作用下分预，發(fā)生化學(xué)鍵斷裂兢交，逐步成為水和二氧化碳。然而笼痹，不是所有帶有酯鍵的聚合物都能完全快速降解配喳，主鏈帶有苯環(huán)的聚合物如PET和PC，依靠苯環(huán)的共軛作用保護(hù)凳干，不容易發(fā)生降解晴裹。脂肪-芳香族共聚酯苯環(huán)的含量高于50%時(shí)，材料不易發(fā)生降解救赐。PBAT能否完全降解涧团、是否仍形成微塑料，目前還存在爭論经磅。

2020年全球生物降解塑料市場規(guī)模145萬噸泌绣，其中亞太81萬噸，北美15萬噸预厌，歐洲41萬噸赞别。產(chǎn)品以PBS、PLA配乓、淀粉基材料和PBAT為主，PHA等其他材料占比較低（見圖2）惠毁。

在各國政府禁犹芹、限塑令實(shí)施下，生物降解塑料需求飛速增長鞠绰。預(yù)計(jì)到2025年需求390萬噸腰埂，其中亞太274萬噸，北美25萬噸蜈膨，歐洲79萬噸屿笼，年均復(fù)合增長率為21.9%牺荠。品種結(jié)構(gòu)也將發(fā)生很大改變，北美和歐洲的生物降解塑料以PBS驴一、PLA為主休雌，亞太以PBAT、PBS肝断、PLA為主杈曲。

2020年我國生物降解塑料的消費(fèi)量約55萬噸。預(yù)計(jì)2025年我國生物降解塑料市場規(guī)男匦福可到238萬噸（見表2）担扑。

生物降解塑料主要類型

一、PBS系列產(chǎn)品

該系列產(chǎn)品是二酸類和二醇類產(chǎn)品進(jìn)行縮聚反應(yīng)得到的生物降解塑料產(chǎn)品系列趣钱，包括PBS涌献、PBSA、PBST首有、PBAT燕垃。

PBS由丁二酸和1,4-丁二醇（BDO）聚合而成，優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定性好绞灼、耐熱性較好利术，機(jī)械性能和加工性能接近PP，成膜性好低矮；缺點(diǎn)是透明度和硬度低印叁，丁二酸供應(yīng)不足限制了行業(yè)整體發(fā)展。PBS可用于包裝（包括食品包裝军掂、化妝品瓶轮蜕、藥品瓶）、餐具蝗锥、一次性醫(yī)療用品跃洛、農(nóng)用薄膜、農(nóng)藥及化肥緩釋材料终议、生物醫(yī)用高分子材料等領(lǐng)域汇竭。合成方法有直接酯化法、酯交換法和擴(kuò)鏈法穴张。直接酯化法是丁二酸和1细燎，4一丁二醇先在較低的反應(yīng)溫度下發(fā)生酯化反應(yīng)脫水形成羥基封端的低聚物，然后在高溫皂甘、高真空和催化劑存在下脫二元醇玻驻，即可得到PBS。酯交換法是丁二酸二甲酯或二乙酯偿枕，在催化劑存在下與1璧瞬，4-丁二醇發(fā)生酯交換反應(yīng)户辫，經(jīng)脫除甲醇或乙醇得到丁二酸二丁二醇酯，再在高溫高真空和催化劑的條件下得到PBS嗤锉。擴(kuò)鏈法是利用活性基團(tuán)與PBS的端基反應(yīng)渔欢，以實(shí)現(xiàn)分子鏈的增長，該法具有便捷档冬、高效膘茎、設(shè)備投資低等優(yōu)點(diǎn)。但擴(kuò)鏈劑通常為異氰酸酯類酷誓，毒性較大披坏，容易在產(chǎn)品中造成殘留，因此在食品包裝和醫(yī)用制品上的應(yīng)用受到限制盐数。近年來我國PBS生產(chǎn)和研究主要是圍繞催化劑選擇棒拂，以及反應(yīng)條件的控制，采用直接酯化-縮聚法進(jìn)行玫氢。

PBSA由丁二酸帚屉、1,4-丁二醇（BDO）、己二酸（AA）共聚而成漾峡，與PBS相比有更好的韌性攻旦，而且降解速度更快∩荩可以通過添加碳酸鈣和淀粉降低成本牢屋。其主要用途也基本與PBS一致。PBS和PBSA雖開發(fā)較早槽袄，但受其自身性能及原料丁二酸資源不足限制烙无，市場用量遠(yuǎn)不及PBAT。

PBST有較好的熱穩(wěn)定性遍尺、力學(xué)性能截酷，還有優(yōu)良的生物降解性，能夠廣泛用在一次性日用品乾戏、包裝材料迂苛、農(nóng)用薄膜等領(lǐng)域」脑瘢可以利用國內(nèi)巨大的聚酯產(chǎn)能改造灾部，但工藝技術(shù)較難，工業(yè)化程度低惯退，目前僅儀征化纖實(shí)現(xiàn)了萬噸級工業(yè)化生產(chǎn)。PBST的合成由丁二酸从藤、對苯二甲酸（或其二甲酯）和1催跪，4-丁二醇三種單體共聚反應(yīng)制得锁蠕。據(jù)悉，PBST產(chǎn)品的利潤較PBS高10%~20%懊蒸。

PBAT是1,4-丁二醇（BDO）荣倾、己二酸（AA）和對苯二甲酸（PTA）的三元共聚物。PBAT的優(yōu)點(diǎn)是熱穩(wěn)定性好骑丸，加工性能好舌仍。原料丁二醇、乙二酸通危、PTA都易得铸豁，可以利用國內(nèi)巨大的聚酯產(chǎn)能獲得；缺點(diǎn)是透明度低菊碟、硬度低节芥、模量低，阻隔性差逆害，在土壤中的自然降解慢头镊。PBAT用途與PBS基本一致。合成方法有直接酯化法和酯交換法魄幕。直接酯化法是以PTA相艇、AA（己二酸）、BDO為原料纯陨，在催化劑條件下坛芽，直接進(jìn)行酯化、縮聚反應(yīng)而制得队丝。優(yōu)點(diǎn)是工藝流程短靡馁、原料利用率高、反應(yīng)時(shí)間短机久、生產(chǎn)效率高臭墨；缺點(diǎn)是反應(yīng)體系物質(zhì)較復(fù)雜、相對分子質(zhì)量分布寬且不易控制膘盖、反應(yīng)條件比較苛刻胧弛、反應(yīng)介質(zhì)酸性較強(qiáng)、部分BDO發(fā)生環(huán)化脫水反應(yīng)生成四氫呋喃（THF）等對產(chǎn)品質(zhì)量有影響侠畔。酯交換法以PTA结缚、BDO為原料，在催化劑作用下软棺，先進(jìn)行酯化反應(yīng)或酯交換反應(yīng)生成對苯二甲酸丁二醇酯預(yù)聚體（BT）红竭，再與聚己二酸丁二醇酯（PBA）進(jìn)行酯交換縮聚制得。隨技術(shù)進(jìn)步，直接酯化法缺點(diǎn)被逐步攻克茵宪，現(xiàn)已成為國內(nèi)新建和擬建裝置的主流工藝最冰。

2020年底，國外PBAT生產(chǎn)企業(yè)主要是巴斯夫和Novamont公司稀火，總產(chǎn)能17.4萬噸/年暖哨，占到全球總產(chǎn)能的33.6%，我國PBAT總產(chǎn)能已經(jīng)超過34萬噸/年凰狞。截至2021年4月篇裁，我國共有48家公司有在建或擬建的PBS系列項(xiàng)目，新增PBS系列產(chǎn)能超過500萬噸/年赡若。

二达布、聚碳酸亞丙酯（PPC）

PPC是以二氧化碳和環(huán)氧丙烷為原料合成的一種完全可降解的環(huán)保塑料，也是目前最有希望的環(huán)保塑料之一斩熊。

PPC顯著特點(diǎn)是具有生物降解性和生物相容性往枣，具有抗沖擊韌性、透明性和無毒性粉渠，具有優(yōu)異的阻隔性分冈，被廣泛應(yīng)用在藥物緩釋劑、可吸收縫合線霸株、一次性餐具雕沉、食品包裝材料、薄膜制品領(lǐng)域去件，以及生產(chǎn)低溫肉制品保鮮膜和口香糖基料坡椒、可降解泡沫材料、板材等尤溜。PPC的缺點(diǎn)是耐水性倔叼、耐熱性和力學(xué)性能較差，因此PPC常與其他材料進(jìn)行混合改性宫莱。除了與聚烯烴等共混以提高制品耐溶劑性丈攒、隔氧性外，還可以與降解材料PLA授霸、PBAT巡验、PBS等共混。

國內(nèi)PPC產(chǎn)業(yè)化從20世紀(jì)90年代開始碘耳，中科院是國內(nèi)PPC重要研究機(jī)構(gòu)显设，內(nèi)蒙古蒙西公司采用中科院長春應(yīng)用化學(xué)研究所技術(shù)，2002年投產(chǎn)國內(nèi)首套0.2萬噸/年P(guān)PC裝置辛辨。江蘇中科金龍公司采用廣化所技術(shù)捕捂，2009年投產(chǎn)2.2萬噸/年裝置瑟枫。近期又有博大東方5萬噸/年、浙江溫嶺邦豐10萬噸/年裝置投產(chǎn)绞蹦。

江蘇中科金龍與廣化所聯(lián)合開發(fā)了二氧化碳制備可降解TPU技術(shù)力奋，目前擁有2.2萬噸/年二氧化碳基多元醇，8000噸/年二氧化碳基TPU幽七。全球只有德國科思創(chuàng)和國內(nèi)中科金龍生產(chǎn)二氧化碳基可降解TPU。

PPC的發(fā)展溅呢，既解決了塑料白色污染的問題澡屡，又有效延伸了環(huán)氧乙烷和環(huán)氧丙烷產(chǎn)業(yè)鏈，更重要的是利用二氧化碳直接制備有機(jī)高分子材料咐旧，具有廣闊的發(fā)展前景驶鹉。

三、聚乙醇酸PGA

PGA具有良好的生物降解性和生物相容性铣墨，較高的機(jī)械強(qiáng)度室埋，優(yōu)異的可成型性和卓越的氣體隔絕性。PGA還具有簡單規(guī)整的線性分子結(jié)構(gòu)伊约，結(jié)晶度可達(dá)80%姚淆，熔點(diǎn)222℃。

傳統(tǒng)的乙醇酸生產(chǎn)工藝為羥基乙腈酸性水解法屡律，毒性大腌逢、成本高，這些因素使得PGA作為一種極具價(jià)值的可降解塑料超埋，一直未能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)搏讶。

國內(nèi)煤制乙二醇行業(yè)的大發(fā)展，使草酸二甲酯（DMO）大規(guī)模生產(chǎn)PGA成為可行的工藝路線霍殴。主要有兩條工藝路線：第一種是直接縮合聚合法媒惕，乙醇酸甲酯（MG）在催化劑的作用下，經(jīng)加熱脫醇来庭，直接縮聚合成PGA妒蔚，但產(chǎn)品分子量低；第二種是開環(huán)聚合法巾腕，乙醇酸甲酯（MG）水解制乙醇酸面睛，乙醇酸制中間產(chǎn)品乙交酯，乙交酯開環(huán)聚合成PGA尊搬。 開環(huán)聚合法可以生產(chǎn)平均分子量較高的PGA叁鉴。目前國內(nèi)外主流工藝采用開環(huán)聚合法。

PGA在市場導(dǎo)入期的主要應(yīng)用是油氣開采領(lǐng)域的壓裂球和可溶性柱塞等材料等領(lǐng)域佛寿，成長期的應(yīng)用推廣應(yīng)在降解塑料領(lǐng)域幌墓，發(fā)揮其阻隔性好等優(yōu)勢但壮，應(yīng)用于醫(yī)學(xué)材料、油氣開采常侣、農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)蜡饵、包裝材料、一次性環(huán)保用品等方面胳施。與PBS溯祸、PBAT、PLA等材料相比舞肆，PGA具有成本優(yōu)勢和很好的競爭力焦辅。

PGA材料結(jié)晶度高、熔點(diǎn)高椿胯，在高溫下又易降解筷登，加工應(yīng)用存在技術(shù)門檻。針對PGA材料的不足哩盲，一是可以考慮在生產(chǎn)PGA時(shí)引入少量丙交酯進(jìn)行聚合前方；二是開展下游應(yīng)用開發(fā)，開發(fā)PGA下游制品的配方廉油。

成本和標(biāo)準(zhǔn)問題有待解決

生物降解塑料只是解決白色污染的部分解決方案惠险，還存在環(huán)境條件下不能降解、玻璃化溫度差異大娱两、材料的力學(xué)性能良莠不齊莺匠、共混加工困難等問題，有待降低成本十兢，加強(qiáng)技術(shù)攻關(guān)和加工應(yīng)用開發(fā)趣竣。

發(fā)展PBS系列產(chǎn)品可為PX及純苯拓展產(chǎn)品鏈；PBS的發(fā)展需要大量的丁二酸旱物，順酐加氫法和生物發(fā)酵法具有很好的前景遥缕；煤制PGA工藝的發(fā)展改變煤制乙二醇的單一路線；PGA加工必須依靠大量的助劑來輔助完成加工過程宵呛，生產(chǎn)無毒無害可分解的各類助劑是一個(gè)重要的發(fā)展機(jī)會单匣。

要利用已有聚酯裝置進(jìn)行改造，同時(shí)配套建設(shè)相應(yīng)的原料裝置宝穗，形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈一體化裝置户秤，在未來的競爭中處于有利地位。

要配合利用二氧化碳的CCUS（捕集逮矛、利用與封存）技術(shù)鸡号。在煤化工、煤制氫须鼎、合成氨鲸伴、火力發(fā)電裝置建設(shè)CCUS裝置府蔗，為發(fā)展PPC、PEC及PPC-TPU提供優(yōu)質(zhì)汞窗、低價(jià)資源姓赤。

完善法規(guī)政策和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)監(jiān)管仲吏，促進(jìn)行業(yè)可持續(xù)發(fā)展不铆。盡快建立國內(nèi)可降解材料認(rèn)證機(jī)構(gòu)，組織開展認(rèn)證裹唆。