聚乳酸：助力塑料行业实现“碳中和”的关键材料
目前应用较为广泛的是L-聚乳酸。通常，使用L-乳酸制成的聚乳酸称为“L-聚乳酸”，相应的，D-乳酸制成的聚乳酸为“D-聚乳酸”。由于最初乳酸主要用于食品和饮料制造行业，且L-乳酸能完全被人体代谢消化，因此L-乳酸是全球需求最大，产量最高的乳酸，而D-乳酸则被用于生产农用杀虫剂和除草剂，应用范围较窄，市场需求量较少。
聚乳酸作为一种脂肪族热塑性高分子材料，在替代石油基塑料与使用可降解塑料的多个场景中表现突出。在机械性能方面与传统石油基聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚苯乙烯（PS）相当。与现有的可完全生物降解塑料相比，聚乳酸的耐热性和力学强度较高；在适用的加工工艺方面，可以适用现有的挤出成型、注塑成型、挤吹成型、纺丝、发泡等方式加工，能够兼容传统塑料加工工艺；同时，聚乳酸还具备可完全生物降解、降解产物对人体无害、环境友好性等特点，因此，被广泛应用于餐具、包装、3D 打印、纺织等领域。此外，由于聚乳酸拥有着良好机械性能，常以一定比例与其它可降解塑料进行混合以提升材料强度。例如在膜袋类产品中，PBAT 中常添加 5%-20%比例的聚乳酸，这进一步提高了聚乳酸的下游市场空间。具体而言，聚乳酸具有以下特性：
1) 能够形成生物质资源循环体系。聚乳酸作为一种生物基可完全生物降解材料，能够将原料端纳入资源再生及循环体系，具有无法将原料纳入循环体系的石油基材料所不具备的优势。聚乳酸源于自然且能够完全生物降解的特性，驱动生物质资源形成了一个再生及循环体系：从原材料看，聚乳酸的原料是将玉米、甘蔗、甜菜等农作物深加工提取的糖发酵而成的乳酸；从制品处置来看，聚乳酸制品能够降解为二氧化碳和水，通过农作物的光合作用再次参与生物质的再生及循环过程；
2) 符合“碳中和”政策的引导方向。聚乳酸中的碳元素主要由玉米、甘蔗等农作物在生长过程中从大气中吸收二氧化碳而形成的，并在降解过程中以二氧化碳的形式回归大气，再次通过农作物的光合作用重新参与到生物质资源的再生和循环中。石油基材料相比，聚乳酸材料能够在较大程度上实现大气中碳含量的“收支相抵”，从而更有利于“碳中和”目标在塑料行业的实现；
3) 制品的处置方式多样。传统塑料的处置方式主要有回收再利用、填埋和焚烧。其中，多次回收再利用会导致塑料的性能有所降低，而填埋和焚烧则不可避免地引发各种长期的、深层次的环境问题。聚乳酸的可完全生物降解特性使其成为一种可堆肥塑料，使其可以采用降解的环保方式进行处置。聚乳酸的主链上有大量酯键，在接触水或潮湿空气后，酯键容易发生水解并断裂，断裂后的产物在微生物的作用下被彻底分解为二氧化碳和水，这是聚乳酸材料微观层面的降解原理。而在宏观上，聚乳酸制品的降解表现为整体结构遭破坏，体积变小，逐步变为碎片，最终变为二氧化碳和水。
4) 具备良好的性能。纯聚乳酸的熔点约120℃-180℃，熔体流动速率（MFR）在3-50g/10min，指标范围较广；拉伸强度可达到65MPa，弯曲强度可达到100MPa，且具备高透明度、高光泽度、易配色、易印刷的特点；通过添加其他材料进行复合改性，可以进一步扩大上述指标的范围。聚乳酸的良好机械性能和物理性能，使其成为能够替代传统塑料的新材料。随着近年来塑料改性及共混技术的发展，复合改性聚乳酸在硬度、力学强度、耐热性等方面已达到甚至超过部分传统石油基塑料。目前，聚乳酸已经能部分替代PET材料用于包装材料的制造，也能够部分替代PS、PP材料，适用挤出成型、注塑成型等加工方式。
5）对环境友好。聚乳酸主要由碳、氢和氧元素构成，如果采用焚烧方式处置，聚乳酸本身也不会释放氮化物、硫化物等有毒气体。此外，即使将聚乳酸制品丢弃在自然环境中，几年内也会被生物降解为二氧化碳和水，不会形成“白色污染”。因此，聚乳酸材料具有环境友好性。
可生物降解塑料是对传统塑料污染问题的有效途径，其中又以生物基材料更有优势。由于传统塑料引发的环境污染问题主要源于其不具有可降解性，行业内逐渐形成了以可降解塑料代替不可降解塑料的共识。其中，在原料来源方面，主要是以生物基原料部分代替石油原料。经过多年发展，逐渐形成了“石油基可降解塑料”和“生物基可降解塑料”的两大类型。
相比之下，生物质原料来源于自然产物，且可以通过技术手段提升产量，从而在原料端使塑料材料的制造摆脱对不可再生资源的依赖，减少石油基塑料生产过程中产生的污染；且生物降解更为自然和彻底，能减少化学降解试剂的生产和使用中对环境的污染，避免产生新的污染物，因此，采用“生物基可生物降解塑料”更有利于缓解人类社会发展与自然环境保护的矛盾，实现人类经济社会的可持续发展。
聚乳酸作为生物基可降解材料，是目前产业化程度最高的可生物降解材料。根据欧洲统计局数据，2020年度，全球塑料的产量已经达到3.67亿吨，根据欧洲生物塑料协会统计，同年全球可生物降解塑料的产能为122.59万吨，未达到全球塑料产量的1%，仍属于新兴材料。目前，达到一定商业应用规模的可降解塑料主要有聚乳酸、PBAT、PBS和PHA。
在材料性能方面，聚乳酸具有硬度高、力学性能好的特点，且价格能够被下游市场所接受，使其在上述材料中具备了一定的不可替代性。近年来，可生物降解塑料总体处于快速增长期，且聚乳酸是产能占比较高、增长较快的材料，是当前可生物降解塑料中的主流材料。根据欧洲生物塑料协会统计，2020年度，聚乳酸的全球产能为39.46万吨，是可生物降解塑料中产能最高的材料，在当年可生物降解材料总产能中占比近50%，2018-2020年CAGR达35%。
来源：天风证券
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