生物降解包装材料的现状与发展

生物降解塑料的性能-PLA
2.6 国际市场上的主要PLA品种:
(1) CargillDow公司—ECOPLA，生产能力 为14万t/年。
(2) 日本三井化学公司—LACEA，生产能 力500t/年。
(3) 日本岛津制作所—LACTY，主要生产 聚乳酸薄膜。生产能力1000t/年。
(4) 大日本油墨与化学工业公司—CPLA， 生产能力1000t/年。
脆性很大；二次结晶现象严重。成wk.baidu.com很高 （4万～5万元/ t）。
生物降解塑料的性能-PHAs
3.2 PHAs的产业链
生物降解塑料的性能-PHAs
3.3 国内外生产企业 日本理化研究所(RIKEN)、韩国KAIST研 究院、美国的Metabolix和TEpha都在积极 进行研究和产业化。宁波天安生物材料 有限公司与中科院合作开发的PHBV已经 建成2000t/a的生产线，目前正在筹建年 产2万t的生产线，其PHBV与巴斯夫的 Ecoflex共混制得的ENMAT材料，克服了 PHBV脆性和加工困难的问题，但其成本 很高。
生物降解塑料的性能-PHAs
3.1 PHAs的结构与性能 PHAs随结构或组成不同，理化特性各异。
• 一般为白色粉末状结晶型聚合物； • 熔点145～175 ℃,热变形温度高（105℃); • 机械强度高，硬度高。 • 具有非线性光学性、压电性和优良的气体
阻隔性能。 • 缺点：加工温度范围很窄、热稳定性很差；
生物降解塑料的性能-PBS
4.4 PBS的应用 与其它生物降解塑料相比，PBS力
学性能十分优异，接近PP和ABS塑料。 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。
生物降解塑料的性能-PBS
生物降解塑料的性能-PBS
生物降解塑料的性能-PBS
生物降解塑料的性能-PBS
生物降解塑料的性能比较
生物降解塑料的应用
• 生物材料、医用材料 • 日常用品：包装材料（薄膜、购物袋、
垃圾袋、 片材）、餐具、玩具、纤维 • 办公用品（文具等） • 宾馆用品（一次性用具） • 工业包装（薄膜和注射制品） • 农用材料（管件、棚膜、地膜等）
生物降解塑料的概念解析
1. 降解塑料：是指在一定条件下，经过 一段时间和一个或多个步骤，导致材 料的化学结构显著变化而损失某些性 能（如完整性、分子量、结构或机械 强度）和/或发生破碎的塑料。
2. 降解塑料分类：按照降解方式的不同， 可分为光降解、热降解、氧化降解、 生物降解以及组合降解塑料等。
生物降解塑料的概念解析
然而其最大的缺点是热变形温度(HDT) 过低(只有55℃)、脆性较大(断裂伸长率＜ 10% )、制品易变形，达不到运输要求 （＞ 60℃），大大限制了其广泛应用。
生物降解塑料的性能-PLA
2.5 国内外生产企业
世界上产能最大PLA生产企业为Nature Workshop (Cargill Dow-帝人组成)， 产能14万 t/a，有注塑级、挤出级、片材级、纺纤级、 吹瓶级以及双向拉伸薄膜级等。我国浙江 海正生物材料有限公司和长春应用化学研 究所合作开发PLA，已成功建立5000t / a的 生产线，但牌号较少；上海同杰良与同济 大学合作开发PLA，已建成500t / a的生产 线；江苏九鼎集团和深圳光华伟业正扩建 万吨级厂。其他的规模较小，缺乏竞争力。
生物降解塑料的研究背景
生物降解塑料的研究背景
因此，人们开始寻找并开发一 些可持续发展或可生态循环的环境 友好材料，生物降解塑料当是其中 最为环保、最具有发展前景的绿色 材料之一，也由此形成了一股开发 生物降解塑料的热潮。随着这类新 型材料的不断开发和其应用领域的 不断拓宽，它们将会给人类生活带 来极其深远的影响。
生物降解塑料的性能-淀粉基
1.4 性能特点： • 在各种环境中都具备完全生物降解能力； • 淀粉分子降解或灰化后，生成CO2和H2O，
不对土壤和空气产生毒害； • 采取适当的工艺使淀粉热塑性化后可达
到用于制造塑料材料所需的机械性能； • 淀粉是可再生资源，取之不尽，开拓淀
粉的利用有利于农村经济发展；
(5) 美国Chronopol公司— HEPLON，生 产能力2000t /年。
生物降解塑料的性能-PLA
2.7 PLA 应用
PLA除作为包装材料以外，可用 于医用缝合线(无须拆线)、药物控释 载体(减少给药次数和给药量)，骨科 内固定材料(避免了二次手术)，组织 工程支架等。
2.8 PLA的制品
已产业化的生物降解塑料： 1. 淀粉基生物降解塑料 2. 聚乳酸(PLA) 3. 聚丁二酸丁二醇酯(PBS) 4. 聚羟基脂肪酸酯（PHAs） 5. 聚甲基乙撑碳酸酯(PPC) 6. 聚己内酯(PCL)
生物降解塑料的性能-淀粉基
1. 淀粉基生物降解塑料
淀粉基生物降解塑料示意图
生物降解塑料的性能-淀粉基
生物降解塑料的应用
• 医用材料
生物降解塑料的应用
• 生物材料
生物降解塑料的应用
日常用品-薄膜：
生物降解塑料的应用
日常用品-片材
生物降解塑料的应用
• 日常用品-注射品
生物降解塑料的应用
• 日常用品-模压品
生物降解塑料的应用
• 日常用品-模压品
生物降解塑料的应用
• 酒店用品
生物降解塑料的应用
生物降解塑料的性能-PLA
2.2 聚乳酸(PLA)的循环
PLA循环示意图
生物降解塑料的性能-PLA
2.3 PLA的生产流程
生物降解塑料的性能-PLA
2.4 PLA的特性： • PLA为结晶型聚合物，密度1.25g /cm c m3，
熔点为185℃，机械强度高(拉伸强度为 60MPa)，硬度高(洛氏115)； • 生物相容性好，透明性高； • 产能较大(15万t / a )，成本较低(2.2万元/ t 左右)；
生物降解塑料的性能-淀粉基
1.6 淀粉基生物降解塑料制品
生物降解塑料的性能-淀粉基
生物降解塑料的性能-淀粉基
生物降解塑料的性能-PLA
2.聚乳酸(PLA) 2.1 聚乳酸(PLA)的制备
聚乳酸主要由乳酸直接聚合或丙交酯开 环聚合制得，由于丙交酯开环聚合能得 到较高的分子量，所以此法为目前最为 普遍的生产方法。根据原材料乳酸的手 性(左旋L，右旋D)不同，聚乳酸可分为 PLLA、PDLA等（多为PLLA ）。乳酸可 以通过玉米淀粉发酵制得，为生物基材 料，因此很多时候称PLA为“玉米塑料”。
生物降解塑料的性能-PLA
生物降解塑料的性能-PLA
生物降解塑料的性能-PLA
2.生物降解塑料的性能-PLA
生物降解塑料的性能-PHAs
3. 聚羟基脂肪酸酯（PHAs）
PHAs为聚羟基脂肪酸酯系列生物降解塑 料，在细菌体内合成。通过对PHAs合成 酶及细菌的基因改造，可使PHAs的结构、 分子量以及合成效率等发生改变，从而 得到不同性能的PHAs材料。目前开发的 PHAs材料有聚羟基丁酸酯(PHB)、聚羟 基戊酸酯 (PHV)、聚(3/4羟基丁酸 酯)(P3/4HB)共聚物、聚羟基己酸酯 (PHHx)以及聚(羟基丁酸-戊酸酯)(PHBV) 共聚物等。
综合性能最为优异。
生物降解塑料的性能-PBS
4.3 国内外生产企业 • 我国的PBS产业化走在世界前列。安庆
和兴化工有限责任公司与清华大学合作 建立了1万t / a的P B S生产线并投产，成 为目前全球P B S产能最大的企业；日本 三菱生产的PBS成本较高，产能较小； 日本昭和采用扩连法生产PBS，由于扩 链剂的原因，较少应用于食品领域，产 能较小；德国巴斯夫生产的PBS类共聚 酯Ecoflex，成本过高（5万～6万t / a）， 较多用于吹塑薄膜；我国杭州鑫富药业 和广州金发科技股份有限公司开始了 PBS产业化项目。
但由于淀粉具有很强的吸湿性和脆 性，淀粉基材料的使用寿命以及印刷性 能都较差，所以淀粉基塑料的应用也受 到一定限制
生物降解塑料的性能-淀粉基
1.5 淀粉基生物降解塑料的发展历程
第一代—— 7%~30%淀粉与聚烯烃（如 PE,PP）共混物，淀粉降解后留下一个多 孔聚合物不能在降解； 第二代——≥50%的淀粉以连续相存在， 与亲水性聚合物进行活性共混、产生较强 的物理和化学作用，有较好的生物降解性， 力学性能介于LDPE和HDPE之间； 第三代——热塑料淀粉(TPS)、天然淀粉、 高直链淀粉或支链淀粉直接挤塑或注塑得 到的全淀粉塑料
4.2 PBS的性能 • PBS为一种典型的结晶型脂肪族聚酯，聚
合物，密度为1.26g/cm3,熔点为115℃； • 机械强度较高(40～45MPa)，韧性好(断裂
伸长率＞ 400%)； • 热变形温度高(85℃)，制品可耐100℃的热
水； • 硬度较高(洛氏95)；加工温度范围宽。 • 在目前产业化的生物降解塑料中，PBS的
• 2008年欧盟对完全生物降解塑料的用量 为10万t，年增长速度为20%，生物降解塑料 需求量占通用塑料的5%～10% ；预计到2020
生物降解塑料的性能-PHAs
天津国韵生物材料有限公司已建成年产1 万t的P(3/4HB)生产线、除此之外，深圳 意克曼生物科技有限公司、山东鲁抗集 团、广东联亿生物公司以及江苏南天集 团也与清华大学、汕头大学等高校合作， 正在建立PHAs中试生产线。
生物降解塑料的性能-PHAs
生物降解塑料的性能-PHAs
1.1 淀粉的结构
图3 淀粉结构示意图
生物降解塑料的性能-淀粉基
1.2 淀粉基生物降解塑料定义：淀粉基生物 降解塑料泛指组成中含有淀粉或其衍生 物的塑料，以天然淀粉为填充剂和以天 然淀粉或其衍生物为共混体系主要成分 的塑料都属于此类。
1.3 应用范围：淀粉价格低廉，淀粉基材料 成本较低，可用于一次性餐具、注塑玩 具、薄膜等领域，但由于淀粉具有很强 的吸湿性和脆性，淀粉基材料的使用寿 命以及印刷性能都较差，所以淀粉基塑 料的应用也受到很大限制。
3.4 PHAs的应用 生物医用材料、药物释放包裹微球、
包装材料、建筑材料、压电材料、保鲜 材料、粘合材料、喷涂材料和衣料、器 具类材料、电子产品等。
生物降解塑料的性能-PHAs
生物降解塑料的性能-PHAs
生物降解塑料的性能-PBS
4. 聚丁二酸丁二醇酯（PBS）
4.1 PBS的制备
生物降解塑料的性能-PBS
生物降解塑料的现状
• 目前，生物降解塑料的市场主要在美国 和欧洲。据估计，美国对生物降解塑料的需 求量将以每年超过25%的速度增长，到2012年 需求量将超过32万t，其市场价值将达到8.45 亿美元。尽管2007年生物降解塑料在热塑性 塑料总需求量中所占的比例不足0.5%，但其 巨大的增长潜力已经显现出来。
生物降解塑料的现状与发展
报告内容
• 生物降解塑料的研究背景 • 生物降解塑料概念解析 • 生物降解塑料的主要品种 • 典型生物降解塑料的性能 • 生物降解塑料的应用 • 生物降解塑料的现状 • 生物降解塑料的发展
生物降解塑料的研究背景
近几十年来，人类大肆开采并过度 消耗石油等短期内不可再生的资源，使 全球的石油资源供给日趋紧张，价格波 动幅度很大，同时使以石油为原料的通 用塑料价格波动也很大。塑料已逐步成 为我们生活中不可或缺的材料，并在以 每年9.9%的生产速度增长，而由此所导 致的“白色污染”问题也日益严重，从 而在世界范围内引发了人们对“能源问 题”和“环境问题”的深刻反思。
生物降解塑料的性能-淀粉基
1.6 国内外生产淀粉基降解塑料的企业 美国Metabolix、意大利Novamont、河北 昭和生态科技有限公司、武汉华丽生态 科技有限公司、浙江天禾生态科技有限 公司、浙江华发生态科技有限公司、福 建泛亚科技有限公司、福建百事达生物 科技有限公司、河北华丹生物降解材料 有限公司、河南飘安集团、广东上九科 技有限公司、南京比澳格环保材料有限 公司等。
3. 生物降解塑料：指在自然环境或可控堆 肥条件下，可完全被土壤或堆肥中的微 生物分解、代谢，释放出二氧化碳和水 等的塑料。由于可以完全被环境中的有 机质代谢掉，从根本上解决“白色污染” 的问题，因此被全球公认为一种真正绿 色的环保材料。
生物降解塑料的概念解析
生物降解塑料的主要品种
生物降解塑料的主要品种