1、PBAT行业产业链技术水平
PBAT 是一种芳香族-脂肪族共聚酯,合成芳香族-脂肪族共聚酯的方法也有很多种,其中酯交换-熔融缩聚法和偶联法最为常见:
酯交换-熔融缩聚法:也称一步法,指在熔融状态下各组分通过酯交换、共缩聚反应合成共聚酯的方法,反应过程中各组分的长嵌段均聚酯逐步断链、酯交换成为无规则共聚酯。酯交换-熔融缩聚法是将二元醇、二元酸先进行酯化,然后再在高真空下进行熔融缩聚。
该工艺生产的产品具有较高的食品安全性能,为产品在食品、药品包装、农业生产等领域的应用提供了可能。此方法在催化剂的作用下直接酯化后熔融缩聚而成。直接酯化法工艺合理、流程短、生产效率高、投资少、产品品质稳定,原料消耗及能量消耗低,生产过程中BDO 能够直接回用,减少对环境的污染。
偶联法:也称扩链法,指利用扩链剂的活性基团与芳香族聚酯与脂肪族聚酯的端羧基或者端羟基反应来提高相对分子质量的方法。
该工艺首先解决了 PBAT 的聚合问题,但其工艺相对复杂,更主要是因为扩链法的扩链剂二异氰酸酯的引入,导致了材料的生物安全性降低,采用扩链法生产的产品,在食品包装及人体接触的产品中受到限制。
2、PBAT 行业产业链发展态势
A.“禁限塑”政策目标明确,能够为行业提供有力支撑
2007 年 12 月 31 日,国务院办公厅发布《国务院办公厅关于限制生产销售使用塑料购物袋的通知》(国办发〔2007〕72 号),明确从 2008 年 6 月 1 日起,在全国范围内禁止生产、销售、使用厚度小于 0.025 毫米的塑料购物袋,并实行塑料袋有偿使用制度,但消费者个人习惯及便利性等因素,该政策推出后未能取得良好的效果。
2020 年 1 月 16 日,发改委、生态环境部出台了《关于进一步加强塑料污染治理的意见》(发改环资〔2020〕80 号),提出主要目标:“到 2020 年,率先在部分地区、部分领域禁止、限制部分塑料制品的生产、销售和使用。
到 2022年,一次性塑料制品消费量明显减少,替代产品得到推广,塑料废弃物资源化能源化利用比例大幅提升;在塑料污染问题突出领域和电商、快递、外卖等新兴领域,形成一批可复制、可推广的塑料减量和绿色物流模式。到 2025 年,塑料制品生产、流通、消费和回收处置等环节的管理制度基本建立,多元共治体系基本形成,替代产品开发应用水平进一步提升,重点城市塑料垃圾填埋量大幅降低,塑料污染得到有效控制。”
随后各部委相继出台了《关于进一步加强商务领域塑料污染治理工作的通知》《关于扎实推进塑料污染治理工作的通知》等一系列政策。与前次要求相比,新版“禁限塑”更为严格,扩大了塑料制品等管控范围,同时在生产、销售和使用两个方向进行约束,一方面限制不可降解塑料的使用,另一方面鼓励支持可降解塑料、纸质等可降解、非塑材质实施替代,并提出阶段性目标,有序推进。对于生产、销售端,新版“禁限塑”要求:
禁止生产和销售厚度小于 0.025毫米的超薄塑料购物袋、厚度小于 0.01 毫米的聚乙烯农用地膜;禁止以医疗废物为原料制造塑料制品;全面禁止废塑料进口;到 2020 年底,禁止生产和销售一次性发泡塑料餐具、一次性塑料棉签,禁止生产含塑料微珠的日化产品;到2022 年底,禁止销售含塑料微珠的日化产品。随着“禁限塑”令的进一步推进,我国可降解塑料,尤其是生物降解塑料的需求空间较为可观。
B.不同可降解塑料各有优势,PBAT 有望成为主要增长点之一
可降解塑料分为生物降解塑料、水降解塑料、光降解塑料、光/生物降解塑料四大类,前面两种是目前主流的可降解塑料,后面两种现阶段产业化尚不成熟。
其中,水降解塑料主要为淀粉基塑料,生物降解塑料最主要的则是 PLA 类与 PBS 类,PBS 类包括 PBS、PBSA、PBAT 等。从可降解塑料产品种类来看,淀粉基塑料产能最大,其次分别为 PBAT 和 PLA,PBAT 是目前市场上主流的生物降解材料之一。
从性能上来看,PLA 具有较好的耐热性,在常温下性能稳定,光泽性较好,但韧性差,气体阻隔性一般;PBS 和 PBAT 具有较好的力学性能,韧性好,热稳定性高,但强度低;PCL 具有较大的延展性,优良的生物相容性,易成型加工,但熔点低,耐热性一般;PBAT、PBS 和 PHA 三种材料的性能比较接近,主要因为构成这些材料的单体分子结构较为类似,而与构成 PLA 的乳酸差别很大。
目前,市面上大规模使用的可降解塑料产品都经过了改性或复合,其中 PBAT 主要与 PLA 复合使用,比如商超大规模使用的可降解塑料袋就是 PLA 与 PBAT 的复合材料。
各类产品中,淀粉基塑料性能缺陷较大,使用范围受限,但由于价格便宜,得到广泛使用。随着 PBAT 和 PLA 技术逐步成熟,成本不断下降,加上产能扩张,未来可降解塑料主要增长点将集中在 PBAT 和 PLA 上。从性能角度看,各种可降解塑料各有优缺点,一般需要改性或复合后使用,对于 PBAT 而言,共混改性也是降低其成本、提高性能的重要方法。在农用地膜应用方面,耐候性和水汽阻隔性差是其主要的应用推广难题,PBAT 能够与其他
可降解材料、有机与无机填料共混改性,从而改善相关性能。PBAT 是基于石油合成出来的高分子化合物,几乎生物完全可降解,具有很高的断裂延伸性和很强的韧性,其主要在一定的控制条件下通过酯交换反应合成,通常是可预测和重复的。PBAT 及其复合材料被应用在不同的领域,包括包装材料(垃圾袋、食品容器和薄膜包装)、卫生用品(尿布和棉签等)和生物医药领域等。
除了传统包装材料与农业地膜,PBAT 类型的杀菌剂纺织材料在一些高端领域具有应用潜力,一些 PBAT 及其纳米复合材料具有极好的生物相容性、无细胞毒性、对血液无负面的止血影响、在体外有更高的血液相容性等优点,在生物医药业用途广泛。并且,PBAT 复合材料在热-机械性能和疏水性上表现优异,可以很好地应用在食品包装领域。
C.PBAT 产能急剧扩张,短期内市场消化存在压力,行业推进多元化产品线、拓展产品应用新领域
2019 年之前,国内 PBAT 行业发展较慢。随着 2020 年“禁限塑”政策的发布,行业发展明显提速。根据隆众资讯的统计,2019 年末,我国 PBAT 产能仅为 18.8 万吨,2020 年产能已增长到 30.1 万吨,此后一直保持增长趋势。截至 2023年底,我国 PBAT 产能已增长至 138.1 万吨。
随着产能持续增长,近年来,中国 PBAT 消费也呈现先涨后跌的走势。同时由于全球经济增长放缓,且 PBAT 价格相对较高,部分地区政策执行力度不足,2022 年国内消费量缩减。
我国 PBAT 价格变化受需求因素的影响,其价格变化趋势整体与主要原材料BDO 价格的变化趋势保持同步。2019 年至 2020 年,境外需求叠加新版“限塑令”的推广,促进国内需求增长。受此利好影响,PBAT 价格持续上扬,并随着 BDO价格增长同步上涨至最高点,直至 2021 年上半年;受 BDO 价格影响,PBAT 价格亦呈波动趋势。
2022 年以来,PBAT 产能持续释放,但政策推进力度不达预期,产品价格呈现下跌趋势。PBAT 产能的快速扩张已引起广泛的担忧。中国合成树脂协会曾于 2022 年 5月 13 日发布了《关于推进 PBAT 类树脂产业健康有序发展的倡议书》,提出了投产企业合理规划产能和产量、创新研发提高 PBAT 类产品质量等建议。根据隆众咨询 2021 年初统计的情况,预计有 753 万吨的 PBAT 产能处于在建状态。后续随着 PBAT 市场整体回归理性,大部分项目已延期或取消,但是市场整体产能利用率处于较低水平。
考虑到“禁限塑”政策的对不可降解塑料袋、快递塑料包装等产品到 2025年的禁止性使用要求以及后续的经济复苏预期,未来可降解塑料市场需求将有较大的增长空间。2022 年,农业部和财政部联合下发《关于开展地膜科学使用回收试点工作的通知》,在全国范围内支持生物降解地膜和传统地膜回收示范工作。
其中,生物降解地膜示范数量为 500 万亩,到 2025 年示范量将达到 3,000 万亩。而生物可降解塑料在地膜市场的渗透率相对较低,预计未来在地膜领域的消费量增速加快。目前,我国基本已经掌握 PBAT 的生产技术,并且随着技术进步,成本可进一步降低。未来,基于对国家环保战略的长远预期,关于生物可降解材料的推动政策有望进一步落地,PBAT 将具有巨大的发展空间。
同时,由于 PBAT 在一定技术条件下可与其他相关产品互相转产,可转向PBS、PBT 或者 TPEE 的特性。因此,行业在积极推动 PBAT 生产装置向多元化产品线方向发展,以便在 PBAT 市场需求不振时,转产其他化工产品以平衡产销。如新疆蓝山屯河科技股份有限公司拥有 PBS 系列生物降解材料和 PBT 树脂 12.5万吨/年的综合产能;河南开祥精细化工有限公司生产线具备年产 10 万吨 PBT、8 万吨 PBAT、6 万吨 PBS 生物可降解塑料的能力等。
此外,针对 PBAT 在力学性能、阻隔性能和抑菌性改性方面,仍处于产业化研究阶段。当前,食品包装、医疗卫生等一次性使用领域迫切需要解决基于 PBAT研制具备优秀基础性能及兼具抗菌性能的产品。未来 PBAT 基可降解塑料的发展或将聚焦于低成本与优秀综合性能,着眼于抑菌性能和耐用性,拓展 PBAT 材料的应用领域向高阻气性包装、高端生物医用材料延伸。