2015年中国淀粉基生物降解塑料总体发展概况分析及市场展望（图）

淀粉基生物降解塑料李子干 2015-10-30 05:38 来源：智研咨询

一、产品性能

淀粉基生物降解塑料，是淀粉经过改性、接枝反应后与其他聚合物共混加工而成的一种塑料产品，在工业上可以代替一般通用塑料等，可以用作包装材料，防震材料，地膜，食品容器，玩具等。淀粉的性质与淀粉的相对分子质量、支链长度以及直链淀粉和支链淀粉的比例有关。实验证明，高直链含量的淀粉更适合于制备塑料，所得制品具有较好的机械性能目前淀粉塑料的力学性能已经基本达到传统塑料的标准，但因淀粉本身具有吸水性，所以在潮湿环境中材料会吸水导致力学性能严重下降，且淀粉含量越高，问题越严重，有些淀粉塑料甚至能完全溶与水。

二、应用领域

1、农用薄膜

淀粉基可降解农用薄膜主要包括淀粉添加型和全淀粉型生物降解塑料薄膜两大类。

(1)淀粉添加型生物降解塑料薄膜

淀粉添加型生物降解农用薄膜是将经表面亲水性憎水化处理的玉米、大米、马铃薯、谷物等的淀粉和聚烯烃进行接枝共聚反应或共混制成的农用薄膜。这种薄膜经一个农业生产周期后会在土壤中的微生物侵蚀下发生生物降解。淀粉分子链上含有大量的亲水性的羟基，而生产农膜所用的聚烯烃是一种疏水性物质，从分子结构看，淀粉与聚烯烃的相容性差，得不到分子共容的均相体系，这就必须对淀粉进行物理改性和化学改性。

物理改性淀粉是对淀粉表面进行处理，如GeraldJ．L．Griffin采用硅氧烷与淀粉和水的悬浮溶液混合，溶液在80℃下喷雾干燥，得到的粉末与自氧化剂油酸乙酯、油酸混合，再与聚乙烯共混，制成母粒，并与聚乙烯共混挤出，吹塑得到的薄膜是具有生物降解性的。

化学改性淀粉塑料是把淀粉与聚烯烃(如PE)的单体进行接枝共聚后形成改性淀粉相容剂，然后加入到淀粉与聚烯烃的共混体系中，就可以制得均匀的分散体系，提高了淀粉与聚烯烃的相容性。目前生产的PE生物降解膜采用的改性淀粉是淀粉一乙烯/丙烯酸共聚物，乙烯/丙烯酸共聚物(EAA)和胶凝淀粉，如美国农业部的配方是40%的玉米淀粉、30%的改性淀粉、30%的PE。美国Agri-Tech公司利用这项技术在1988年生产这种薄膜作为农用地膜使用，降解时淀粉被完全分解成小分子，而聚烯烃成分则分解成小碎片仍残留在土壤中，会引起土壤板结，阻碍作物根部发育和对水分的吸收，还会随风飘散造成环境污染。这种地膜没有发展前途。

另一种共混体系是以淀粉与聚乙烯醇为原料，在交联剂存在下共混制备可生物降解的塑料薄膜。

以芭蕉芋淀粉(ST)和聚乙烯醇(PVA)为原料，在甲醛、明胶、硼砂交联剂的作用下制备可生物降解的塑料薄膜。该膜拉伸强度为15.19—17.97MPa，延伸率为72% -151%，吸水率为36%- 61%。

以淀粉与聚乙烯醇为原料，在交联剂存在下共混制备塑料薄膜，其力学性能复合部颁标准，淀粉一PVA共混体系的相容性也较好。以木薯淀粉和PVA为原料，通过甲醛交联共混制备塑料薄膜。试验证明，木薯淀粉-PVA共混体系相溶性好，共混型薄膜的拉伸强度可达10．53MPa，断裂伸长率为360%。淀粉．PVA共混体系被证明是可降解的，但这两种材料的共同缺点是具有亲水性，不易与水连续接触。

(2)全淀粉型生物降解薄膜

目前，全淀粉或基本全淀粉的生物降解塑料薄膜是人们关注的热点。德国法兰克福的Battelle研究所开发了一种至少含90%改性淀粉的可降解塑料，其余10%也是小分子添加剂，这种材料可用于生产地膜。意大利Ferruzzi公司研制了含改性淀粉70%的“热塑性淀粉”，其性能接近于PE，用通常设备将其加工成地膜在大田中试验，3周内即可完全降解。中国农业大学张绍英等用淀粉、海藻酸钠为主要原料，添加增塑剂、保水剂，采用喷拉喷固成膜工艺直接在田间成型湿铺，制成厚度0．03mm、透光率达72%、自然条件失效期超过30d可完全降解的生物材料地膜，但这种地膜的最大问题是降解速度快且难以控制。

2、包装材料

淀粉基可降解包装材料主要包括变性淀粉制包装材料与原淀粉和蛋白膜包装材料两大类，主要用于食品包装和制作一次性餐具。

(1)变性淀粉制包装材料

变性淀粉包装材料是将改性后的淀粉颗粒表面用烷基等覆盖，减弱氢键的作用，改善与合成树脂如聚乙烯、聚乙烯醇、聚氯乙烯、聚酯、聚苯乙烯等高聚物的相容性，使共混物性能比原淀粉填充体系更为强韧。美国伊利诺斯州大学开发的玉米淀粉塑料，可以加工成快餐饭盒等食品包装容器。我国武汉远东绿世界目前正采用淀粉基生物降解塑料建设一次性餐具产业化基地，产品的保温性能和形状稳定性均可满足包装及使用要求，这种塑料10d左右可降解90%以上，一个月内可完全降解。天津大学与天津丹海股份公司以特种变性淀粉为改性剂开发的生物降解型聚乙烯，性能达到了国际先进水平，被列为国家重大科技成果产业化项目，建成了国内最大的降解塑料生产基地，其生物降解包装制品具有良好的生物降解性能和物理力学性能，成本低廉，被批准为国家环保标志产品。近期日本和我国台湾地区研制成功了以玉米为原料，经过塑化而成的“玉米淀粉树脂”制成的包装材料可以通过燃烧、生物分解和昆虫吃食等方式处理掉，从而可避免“白色污染”的危害。

(2)原淀粉/蛋白膜包装材料

这种包装材料多用作内包装袋，包装含水食品，防止袋内风味的扩散 ]。蛋白膜和其他的纸类、淀粉类制成复合材料用于食品包装。用原淀粉和纸类制成的餐具因为其防水性能较差，需要在其表面涂一层防水膜。防水膜通常用蛋白质做成，最常用的是玉米蛋白。玉米蛋白中含40%的醇溶蛋白，该蛋白的氨基酸末端带有亮氨酸、丙氨酸等非极性憎水基团，增加了其疏水能力，再以甘油、丙二醇作为增塑剂就可以制得可食性包装膜。这种薄膜的防油、防水、耐高温性能很好，因而可以被用于一次性餐具。

三、产业化水平

淀粉基生物降解塑料已有30年的研发历史，是研发历史最久、技术最成熟、产业化规模最大、市场占有率最高的一种生物降解塑料。淀粉与PE、PP、PVA、PCL、PLA等聚合物共混粒料已批量生产。

我国的淀粉塑料首先由江西科学院应用化学研究所于20世纪80年代后期研制成功。据不完全统计，现在参与研究的高等学校、科研院所及企业有60多家，生产厂家(或生产线)已有80多家，生产能力估计达6万t。陕西旺大实业股份有限公司投资1．2亿元引进了杨凌沃林国际降解淀粉树脂发展有限公司开发的含有少量树脂的生物降解淀粉树脂生产技术，可用于生产包装袋、卫生餐具、农用地膜等一次性用品。武汉远东绿世界公司已生产出以淀粉为原料的餐具产品，该类产品通过加入天然纤维使餐具强度增强，利用膨化技术使餐具质量减轻，采用表面喷涂和整形处理使餐具具有防水、防油、耐热功能。由此可见，我国在淀粉基降解塑料研发方面正在逐渐缩小与国外发达国家的差距。

四、技术研发

20世纪80年代初期开始，研究开发改性淀粉和可完全生物降解或可溶性塑料的降解塑料合金母料，淀粉与可生物降解树脂的共混受到重视。其中最成功的是意大利Novamont公司的“MaterBi”，它是由变性淀粉与改性聚乙烯醇共混构成的互穿网络结构高分子塑料合金，具有良好的加工性能、二次加工性、力学性能和优良的生物降解性。另外美国Air Product＆Chemical公司开发的“Vinex”是以聚合度较低的聚乙烯醇为基础的树脂，同时具有水溶性、热塑加工性和生物降解性，近年来受到了极大的重视。

近年来，各国普遍将研究重点转向尽可能提高淀粉含量的塑料上，并开发出一些性能优异的完全降解材料，甚至得到不含合成聚合物的纯淀粉产品。即热塑性淀粉。美国Warner-Lambert公司生产的“Novon”生物降解材料，淀粉含量可达90%以上；日本玉米公司和密歇根生产技术研究所联合开发出一种高淀粉含量材料，这种材料具有耐水性强的优点；另外日本住友商公司、意大利Ferrizz公司等也宣称研究成功含淀粉量在90% 100%的全淀粉塑料。在把淀粉制成热塑性淀粉用于生产生物降解塑料方面，德国Batekke研究所、美国Warner-Lambert公司和瑞士大学等研究机构都取得了较大的进展。澳大利亚国家食品加工与包装科学中心推出了一种全淀粉热塑性塑料，具有良好的流动性、延展性、脱模性，产品柔软、透明、强度高，降解速率可控，可用来制造农膜、食品包装膜等产品。

五、主要厂商

产业信息网发布的《2015-2020年中国生物降解塑料市场运营趋势及投资潜力分析报告》显示，国外淀粉基塑料产品生产商主要有意大利的Novamont公司、美国的Warner-Lambert公司和德国的Biotec公司。我国积极研发并产业化的单位主要有中国科学院理化技术研究所、中国科学院长春应用化学研究所、江西科学院、北京理工大学、华南理工大学、天津大学比澳格(南京)环保材料有限公司、广东上九生物降解塑料有限公司、广州优宝生物科技有限公司、浙江天示生态科技有限公司、中京科林新材料(深圳)有限公司、武汉华丽科技有限公司、哈尔滨绿环降解塑料有限公司、黑龙江绥化绿环降解塑料有限公司、烟台万利达环保材料有限公司等。

国内最大的生产厂家是武汉华丽和比澳格(南京)。武汉华丽预计产销规模10万吨，比澳格(南京)现已形成数万吨淀粉基塑料规模。其他几个大型企业均达到年产万吨级生产规模，总产量占到我国生物降解塑料产量的60%以上，并出口日本、韩国、马来西亚、澳大利亚、美国欧盟等国家。

国内外淀粉基生物降解塑料企业