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綠色可降解材料——玉米

面對席卷全球的綠色環(huán)保行動，材料科學(xué)以玉米等自然資源為原料成功提煉出高分子原料——綠色可生物降解的環(huán)保新型合成材料玉米PLA（聚乳酸）其具有良好的力學(xué)性能、降解產(chǎn)物無毒，生物相容性好等特點。這種材料與傳統(tǒng)塑料具有相似的性能,但其能在自然環(huán)境中較快地分解, 達(dá)到自然生態(tài)的平衡。因此,聚乳酸在工業(yè)產(chǎn)品上的開發(fā)與應(yīng)用,是人類對自然界碳循環(huán)的一種和諧參與,在綠色可降解材料中尤其引人注目。目前,市面上已有以聚乳酸為原料生產(chǎn)的玉米PLA全降解餐具和一些兒童用工業(yè)產(chǎn)品。在以「 環(huán)境與開發(fā)」為大背景的21世紀(jì),積極開發(fā)和利用聚乳酸顯得尤為重要。

TPS淀粉基降解材料吹膜工藝

  淀粉主要由直鏈淀粉和支鏈淀粉組成，親水性極強，直接加熱時沒有塑化熔融的過程。

  因此，常向熱塑性淀粉中添加小分子塑化劑，通過塑化劑使淀粉能夠在擠出、注塑等高溫剪切作用下表現(xiàn)出熱塑性。這個過程稱為淀粉改性或者淀粉熱塑性處理，改性后的原料一般成為熱塑性淀粉（TPS）。

  將粒度d50為4.95μm的玉米淀粉放入115℃的KFP-1000L干燥箱內(nèi)，烘干8小時，使水分含量在900ppm以內(nèi)，將甘油和淀粉按照100:30比例在高混機中混合均勻，之后投料入長徑比36:1、直徑40mm的同向雙螺桿擠出機中，經(jīng)過水槽冷切、拉條、造粒。擠出機各段溫度設(shè)定為120~210℃，擠出機電機轉(zhuǎn)速為150rpm。切粒后制得熱塑性淀粉粒料(TPS)，在90℃干燥箱內(nèi)烘干至水分含量低于800ppm后密閉包裝后待用。

  了彌補單一淀粉材料性能的不足，通過將熱塑性淀粉TPS與降解塑料類的脂肪族共聚酯PBSA進(jìn)行共混改性，以提高淀粉基降解塑料的拉伸強度和耐撕裂性等物理力學(xué)性能。

  為了彌補單一淀粉材料性能的不足，通過將熱塑性淀粉TPS與生物降解類的脂肪族共聚酯PBSA進(jìn)行共混改性，以提高淀粉基降解塑料的拉伸強度和耐撕裂性等物理力學(xué)性能。

  將不同試驗的材料分別投入MB-900吹膜機內(nèi)，在不同溫度、螺桿轉(zhuǎn)速條件下熔融擠出吹膜收卷。薄膜厚度調(diào)整為15μm，樣品在23℃和50%RH環(huán)境下狀態(tài)調(diào)節(jié)4h。分別投料進(jìn)行吹膜試驗的材料有：PBAT-A/B/C 、PBSA-A/B/C 。試驗中不同的吹脹比DDR按照吹制不同的產(chǎn)品寬度調(diào)節(jié)，不同的牽引比通過更換不同間隙的口模吹制相同厚度和寬度的薄膜來實現(xiàn)。

長遠(yuǎn)來看，PBAT價格及市場將如何演變？

在隨成本及價格下降，PBAT 市場有望大幅增長。如我們此前提到的，可降解塑料前期發(fā)展受限主要原因為其價格較高（為傳統(tǒng)塑料的 2-3 倍），而現(xiàn)階段行業(yè)發(fā)展則主要依靠政策推動，我國政策落地帶來的可降解塑料需求約 154 萬噸。而未來若 PBAT 成本及價格下降至與 PE 基本持平，或較 PE 僅高出 10%左右，相比于行業(yè)發(fā)展前期傳統(tǒng)塑料 2-3 倍的，PBAT 將具備一定的價格競爭力。價格競爭力加上 PBAT 的實用性和生物降解性，有望使 PBAT 市場在政策沒有強制規(guī)定使用可降解塑料的應(yīng)用領(lǐng)域獲得更高的滲透率，市場有望大幅增長。以對塑料薄膜市場 25%滲透率計算，PBAT 市場增長空間近百倍，市場規(guī)模有望增長至 435億元。PBAT 具良好的延展性、斷裂伸長率、耐熱性和沖擊性能，適用于塑料薄膜制造。我國 2019 年塑料薄膜需求量為 1542萬噸，成本及價格下降至與 PE 基本持平或較 PE 僅高出 10%，給予 PBAT 對塑料薄膜市場 25%的滲透率，則對應(yīng)需求為 385.5 萬噸。是 2019 年P(guān)BAT 國內(nèi)產(chǎn)量 3.9 萬噸 99 倍。以 PBAT 單價下降至較傳統(tǒng) PE 高出 13%，即 1.13 萬元/噸測算，對應(yīng)市場達(dá) 436 億元。