生物降解塑料成本居高不下，碳酸钙能否成为突破点？

随着政府对塑料污染的重视程度不断提升，我国可降解塑料产业迎来快速发展，各类产品较为齐全。但我国可降解塑料产业分布较为分散，难以形成规模效应，同时由于前期政策执行不及预期，致使产能利用率较低，企业投入研发的意愿较低。这导致我国可降解塑料的生产成本较高，对市场化替代传统塑料形成较大阻碍。

从上表中的统计数据可知，除了淀粉基塑料外，其他可降解塑料的平均售价均为传统塑料的1.67~8.4倍。在对于成本和性能敏感的领域，传统塑料在体量、价格和综合性能上仍然保持着优势，可降解塑料的替代难度较大。目前，我国可降解塑料主要替代的是一类政策驱动下的，对价格敏感度相对较低的传统塑料领域。

今天，我们就拿最便宜的淀粉基与碳酸钙从成本和效果来作下对比。

1、成本分析，碳酸钙更便宜

PBAT密度按1.26g/ml计算，钙粉（碳酸钙）密度为2.7g/立方厘米、淀粉1.33g/立方厘米，按照20%填充比例计算，PBAT钙粉改性料密度为1.55g/立方厘米，淀粉改性料为1.30g/立方厘米，碳酸钙做填充料的密度要高于淀粉填充料。

淀粉有很多种，如木薯淀粉、玉米淀粉、其他植物淀粉等，就目前价格来看，玉米淀粉价廉易得是最常用的淀粉材料。普通玉米淀粉价格在4~5k/吨，但用于PBAT的热塑性淀粉经过了特殊改性，价格要更高，在8K~9K之间。

而市面上无机钙粉价格在1~3K左右，因此在成本上PBAT使用钙粉填充要比填充淀粉远为便宜。

2、效果分析，淀粉对生物降解膜袋的增强效果更明显

淀粉填充

淀粉作为植物的储能物质，结构复杂，物理形态方面呈颗粒状，按照化学结构可将淀粉分为直链型和支链型。

复杂的化学结构给予了淀粉特殊的性质，原淀粉中的大量羟基使其分子内及分子间存在着极强的氢键, 因此普通淀粉的热塑性差, 为热不稳定物质, 在一般条件下加热会分解焦化, 淀粉还易发生老化;

而可生物降解合成树脂极性很小, 为疏水性物质, 二者的结构和极性相差悬殊, 相容性差, 为使淀粉颗粒更好地在合成树脂中分散, 必须采用改性处理等措施增容 ，将普通淀粉转化为热塑性淀粉。目前最常用的是化学改性方法有酯化、 羟烷基化或接枝共聚、醚化、交联改性等 。

纯淀粉塑料存在力学强度低、耐水性不好等缺点，将 PBAT 与淀粉共混可以明显改善淀粉基材料的加工流动性、力学性能、耐回生性和耐水性，而且确保整个体系可完全生物降解。

碳酸钙

CaCO3 作为最常见的塑料致廉剂之一, 价格低廉, 添加至塑料基体一般可以保持良好的力学性能, 但添加量基本为 5 %～ 30 % , 大量的添加虽然可以进 一步降低成本, 但一般工艺将导致力学性能显著劣化。

根据杨冰、季军晖等人的研究, 当碳酸钙质量分数为 10 %～ 20 %, 共混复合材料的拉伸强度有一定的提高, 而断裂伸长率则没有较大变化。随着碳酸钙添加量的增加，复合材料的断裂伸长率和拉伸强度均出现明显下降趋势。

这说明当碳酸钙质量分数为 10 %～ 20 %时, 碳酸钙粉体在 PBAT 基体中能够得到均匀的分散, 由于碳酸钙与 PBAT 基体间有一定的作用, 因此可以起到一定的增强作用, 但随着碳酸钙粉体量的继续增加, 限制了 PBAT 分子链的链段的运动, 大量粉体在基体中难以分散均匀, 从而造成两相间界面结合较弱, 因此复合材料的力学性能出现逐渐下降的趋势 。

碳酸钙与可降解塑料共混改性

总体来看，产品性能并不是我国可降解塑料发展的瓶颈，制造成本才是决定可降解塑料能否市场化替代传统塑料的关键因素。在我国可降解塑料的主要品类中，PLA、PBAT凭借优异的性能和相对较低的成本，未来有望成为市场的主流产品，是可降解塑料产业发展的重要方向。此外，PHA性能表现优异，但目前制造成本太高，应用范围有限，未来随着生产工艺的成熟，其应用空间有望进一步拓宽。