隨著政府對(duì)塑料污染的重視程度不斷提升，我國(guó)可降解塑料產(chǎn)業(yè)迎來(lái)快速發(fā)展，各類(lèi)產(chǎn)品較為齊全。但我國(guó)可降解塑料產(chǎn)業(yè)分布較為分散，難以形成規(guī)模效應(yīng)，同時(shí)由于前期政策執(zhí)行不及預(yù)期，致使產(chǎn)能利用率較低，企業(yè)投入研發(fā)的意愿較低。這導(dǎo)致我國(guó)可降解塑料的生產(chǎn)成本較高，對(duì)市場(chǎng)化替代傳統(tǒng)塑料形成較大阻礙。

從上表中的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可知，除了淀粉基塑料外，其他可降解塑料的平均售價(jià)均為傳統(tǒng)塑料的1.67~8.4倍。在對(duì)于成本和性能敏感的領(lǐng)域，傳統(tǒng)塑料在體量、價(jià)格和綜合性能上仍然保持著優(yōu)勢(shì)，可降解塑料的替代難度較大。目前，我國(guó)可降解塑料主要替代的是一類(lèi)政策驅(qū)動(dòng)下的，對(duì)價(jià)格敏感度相對(duì)較低的傳統(tǒng)塑料領(lǐng)域。

今天，我們就拿最便宜的淀粉基與碳酸鈣從成本和效果來(lái)作下對(duì)比。

一、使用成本對(duì)比

PBAT密度按1.26g/ml計(jì)算，鈣粉（碳酸鈣）密度為2.7g/立方厘米、淀粉1.33g/立方厘米，按照20%填充比例計(jì)算，PBAT鈣粉改性料密度為1.55g/立方厘米，淀粉改性料為1.30g/立方厘米，碳酸鈣做填充料的密度要高于淀粉填充料。

淀粉有很多種，如木薯淀粉、玉米淀粉、其他植物淀粉等，就目前價(jià)格來(lái)看，玉米淀粉價(jià)廉易得是最常用的淀粉材料。普通玉米淀粉價(jià)格在4~5k/噸，但用于PBAT的熱塑性淀粉經(jīng)過(guò)了特殊改性，價(jià)格要更高，在8K~9K之間。

而市面上無(wú)機(jī)鈣粉價(jià)格在1~3K左右，因此在成本上PBAT使用鈣粉填充要比填充淀粉遠(yuǎn)為便宜。

2、填充效果對(duì)比

淀粉填充

淀粉作為植物的儲(chǔ)能物質(zhì)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，物理形態(tài)方面呈顆粒狀，按照化學(xué)結(jié)構(gòu)可將淀粉分為直鏈型和支鏈型。

復(fù)雜的化學(xué)結(jié)構(gòu)給予了淀粉特殊的性質(zhì)，原淀粉中的大量羥基使其分子內(nèi)及分子間存在著極強(qiáng)的氫鍵, 因此普通淀粉的熱塑性差, 為熱不穩(wěn)定物質(zhì), 在一般條件下加熱會(huì)分解焦化, 淀粉還易發(fā)生老化;

而可生物降解合成樹(shù)脂極性很小, 為疏水性物質(zhì), 二者的結(jié)構(gòu)和極性相差懸殊, 相容性差, 為使淀粉顆粒更好地在合成樹(shù)脂中分散, 必須采用改性處理等措施增容 ，將普通淀粉轉(zhuǎn)化為熱塑性淀粉。目前最常用的是化學(xué)改性方法有酯化、 羥烷基化或接枝共聚、醚化、交聯(lián)改性等 。

純淀粉塑料存在力學(xué)強(qiáng)度低、耐水性不好等缺點(diǎn)，將 PBAT 與淀粉共混可以明顯改善淀粉基材料的加工流動(dòng)性、力學(xué)性能、耐回生性和耐水性，而且確保整個(gè)體系可完全生物降解。

碳酸鈣填充

CaCO3 作為最常見(jiàn)的塑料致廉劑之一, 價(jià)格低廉, 添加至塑料基體一般可以保持良好的力學(xué)性能, 但添加量基本為 5 %～ 30 % , 大量的添加雖然可以進(jìn)一步降低成本, 但一般工藝將導(dǎo)致力學(xué)性能顯著劣化。

根據(jù)楊冰、季軍暉等人的研究, 當(dāng)碳酸鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 10 %～ 20 %, 共混復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度有一定的提高, 而斷裂伸長(zhǎng)率則沒(méi)有較大變化。隨著碳酸鈣添加量的增加，復(fù)合材料的斷裂伸長(zhǎng)率和拉伸強(qiáng)度均出現(xiàn)明顯下降趨勢(shì)。

這說(shuō)明當(dāng)碳酸鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 10 %～ 20 %時(shí), 碳酸鈣粉體在 PBAT 基體中能夠得到均勻的分散, 由于碳酸鈣與 PBAT 基體間有一定的作用, 因此可以起到一定的增強(qiáng)作用, 但隨著碳酸鈣粉體量的繼續(xù)增加, 限制了 PBAT 分子鏈的鏈段的運(yùn)動(dòng), 大量粉體在基體中難以分散均勻, 從而造成兩相間界面結(jié)合較弱, 因此復(fù)合材料的力學(xué)性能出現(xiàn)逐漸下降的趨勢(shì) 。

碳酸鈣與可降解塑料共混改性

聚乳酸(PLA)作為目前研究較多、商業(yè)化較為成功的可生物降解材料之一，具有優(yōu)異的光澤性及阻隔性能，但也存在質(zhì)硬而韌性較差，缺乏柔性和彈性等缺點(diǎn)。因此將高韌性的聚己二酸對(duì)苯二甲酸丁二酯(PBAT)與PLA進(jìn)行共混，不僅可以提高PLA的韌性，同時(shí)加快PBAT的分解速率。

1、改性碳酸鈣增強(qiáng)PLA韌性和降解能力

劉逸涵等用鋁酸酯偶聯(lián)劑(ACA)對(duì)碳酸鈣進(jìn)行處理，成功制備鋁酸酯改性碳酸鈣(Al- CaCO3)，并將CaCO3和Al- CaCO3分別與PLA進(jìn)行熔融共混，制備了PLA/ CaCO3和PLA/Al- CaCO3體系并進(jìn)行了一系列測(cè)試。

其中，力學(xué)測(cè)試結(jié)果表明：CaCO3降低了PLA的韌性而Al- CaCO3能夠有效地提升PLA的韌性。蛋白酶K降解試驗(yàn)結(jié)果表明：無(wú)機(jī)粒子的加入提升了體系的降解性能，提高了材料的應(yīng)用性。觀(guān)察材料斷面發(fā)現(xiàn)：CaCO3存在于PLA表面，Al- CaCO3被包埋在PLA基體中，ACA使無(wú)機(jī)粒子與PLA能夠緊密地結(jié)合，從而提高材料的韌性。

2、CaCO3/PBAT/PLA復(fù)合材料兼具韌性和可降解性

晏永祥等對(duì)PBAT的共混改性研究認(rèn)為，將高韌性的PBAT與PLA進(jìn)行共混，不僅可以提高PLA的韌性，同時(shí)加快PBAT的分解速率。另外，D.B.Rocha等制備了CaCO3/PBAT/PLA復(fù)合材料，研究結(jié)果表明，CaCO3改善了基質(zhì)中聚合物之間的界面相容性，可獲取低成本的柔性薄膜。

總體來(lái)看，產(chǎn)品性能并不是我國(guó)可降解塑料發(fā)展的瓶頸，制造成本才是決定可降解塑料能否市場(chǎng)化替代傳統(tǒng)塑料的關(guān)鍵因素。在我國(guó)可降解塑料的主要品類(lèi)中，PLA、PBAT憑借優(yōu)異的性能和相對(duì)較低的成本，未來(lái)有望成為市場(chǎng)的主流產(chǎn)品，是可降解塑料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要方向。此外，PHA性能表現(xiàn)優(yōu)異，但目前制造成本太高，應(yīng)用范圍有限，未來(lái)隨著生產(chǎn)工藝的成熟，其應(yīng)用空間有望進(jìn)一步拓寬。