基础化工行业专题研究：生物基材料产品及行业格局梳理

1 生物基材料概述

生物基材料定义：利用可再生生物质或/和经由生物制造得到的材料

生物基材料（Bio-based Materials）是指利用可再生生 物质或（和）经由生物制造得到的原料，通过生物、化 学、物理等手段制造的一类新型材料，如生物塑料、生 物质功能高分子材料等。生物基材料区别于用煤、石油 等不可再生石化资源为原料生产的传统化工材料产品， 其具有原料可再生、减少碳排放、节约能源等特性，部 分品类还具有良好的生物可降解性，是国际新材料产业 发展的重要方向。展望未来，生物基材料有望在部分应 用领域逐步替代传统石油基材料，成为引领科技创新和 经济发展的新型产业，并作为绿色低碳发展的主要途径 及低碳经济增长的亮点。

目前，常见的生物基材料是以谷物、豆科、秸秆、竹木 粉等可再生生物质通过生物转化获得生物高分子材料或 单体，然后进一步聚合形成的环境友好的化工产品和绿 色能源等高分子材料，如包括沼气、燃料乙醇、生物柴 油和生物塑料等。此外，生物基材料还可以经由生物制 造、生物合成方法等设计或改造的生物系统产生和获得。

生物基材料分类：生物基材料品类及细分材料众多

按产品属性分类，生物基材料可分为生物基聚 合物、生物基塑料、生物基化学纤维、生物基 橡胶、生物基涂料、生物基材料助剂、生物基 复合材料及各类生物基材料制得的制品等。其 中 ， 生物基可降解材料具有传统石油基塑料等 高分子材料不具备的绿色、环境友好、原料可 再生以及可生物降解的特性 ； 生物基纤维已广 泛应用于时装、家居、户外及工业领域，正逐 步走向工业规模化实际应用和产业化阶 段 ； 生 物基塑料产品在包装材料、一次性餐具及购物 袋、婴儿纸尿裤、农地膜、纺织材料等领域获 得较好地应用，并被市场普遍认可与接受。

按常见产品形式，生物基材料主要可分为五大 类：生物基平台化合物、生物基塑料、多糖类 生物基材料、氨基酸类生物基材料、木塑复合 材料。其中，生物基平台化合物即聚合成原材 料高分子的化学单体，如乳酸，1,3-丙二醇等； 生物基塑料是目前应用最广泛、研究较深入的 生物基材料，代表产品有聚乳酸、聚羟基脂肪 酸酯等。

生物基材料产业链结构

2 生物基塑料及聚合物行业

生物基塑料：应用领域主要为包装和消费品、纺织品等

生物基聚合物分类：可分为生物可降解与生物不可降解生物基材料

按照可生物降解与否，可将生物基塑料划分为可降解生物基 塑料和不可降解生物基塑料。2020年，全球生物基塑料产 能达211.1万吨，其中可生物降解塑料的产能为122.7万吨， 主要是PLA和淀粉基塑料，各占比32%；不可生物降解产能 为88.4万吨，其中PA（聚酰胺）和PE（聚乙烯）占比最大， 分别为28%和25%。随着各国环保要求趋严和环保产业的发 展，生物基塑料产能中可降解塑料的比例将进一步提升。

生物基材料概念：区别生物可降解材料、生物材料概念

生物基材料（Bio-based Materials）和生物材料（Biomaterials）是完全不同的概念。生物材料是指用于人体或动物内组合和器官的诊断、修复或功能 增进的一类材料，可以包括有机材料、无机材料、金属材料等。

3 生物柴油行业

生物柴油是低碳环保的绿色能源

广义生物柴油分为脂肪酸甲酯（FAME）与氢化植物油（HVO）

按制备工艺分类，可分为以脂肪酸甲酯为主要成分的第一代生物柴油（FAME）和氢化、异构化处理后得到的第二代生物柴油（HVO）。 第一代生物柴油技术成熟、成本低，目前占比在85%以上，根据反应特点可分为酸或碱催化法、生物酶法和超临界法等，其中酸或碱催化法目前 使用较为普遍。海外使用菜籽油、大豆油等植物油制备生物柴油，游离脂肪酸含量很低，主要采用一步碱催化酯化反应，国内废油脂的主要成分 为脂肪酸和甘油脂的混合物，脂肪酸含量在5%—80%之间，必须先脱除脂肪酸或用酸性催化剂进行预酯化，再用碱性催化剂进行酯交换生产生 物柴油。 第二代生物柴油主要成分结构与普通柴油基本相同，具有与柴油相似的黏度和发热值、密度较低、十六烷值较高、含硫量较低、稳定性好、符合 清洁燃料的发展方向。但成本与价格比第一代生物柴油高。

全球生物柴油需求高速增长

4 生物基化学纤维行业

生物基化学纤维简介

生物基化学纤维分类

生物基化学纤维的品种众多：从生物学的属性，可分为动物质纤维、 植物质纤维和微生物质纤维；从产业分类，可分为农副产生物质纤 维和海副产生物质纤维。 根据生产过程，生物基纤维可分为三大类：1）生物基原生纤维，经 物理方法加工处理成后直接使用的动植物纤维；2）生物基再生纤维， 即以天然动植物为原料，经过物理或化学方法制成纺丝溶液，而后 通过适当的纺丝工艺制备而成的纤维；3）生物基合成纤维，以生物 质为原料，通过化学方法制成高纯度单体，而后经过聚合反应获得 高分子量的聚合物，再经适当的纺丝工艺加工成的纤维。

5 生物基橡胶行业

生物基橡胶是低碳环保的绿色材料

生物基三元乙丙橡胶（EPDM）

6 生物基涂料行业

生物基涂料行业

研发植物油涂料等是未来发展趋势

7 生物基助剂行业

生物基助剂行业定义

生物基增塑剂

增塑剂是一种添加到高分子聚合物中增加其塑性，优化其加工性能，赋予制品柔软性的有机物。以邻苯二甲酸酯为代表的传统增塑剂 普遍具有易挥发性，当其渗透或迁移出聚合物后，将使产品丧失柔性，影响产品质量。且邻苯二甲酸酯类增塑剂普遍具有毒性，危害 生殖系统并有致癌风险。

生物基阻燃剂

阻燃剂的作用机理：在材料燃烧时抑制一种或多种要素的产生， 达到阻止或减缓燃烧的目的。 卤系阻燃剂在高温下会产生卤化氢、二噁英等有毒物质，对人 体有害。 2006 年开始，欧美国家开始严格限制卤素阻燃剂的 应用。 生物基材料可以代替卤系阻燃剂的原因：生物基材料含碳量高、 具有多羟基结构，具有优异的成炭性能。 通常生物质单独作为阻燃剂，对PLA的阻燃效果不佳，需要对 其改性或与其他阻燃剂进行复配。但是添加量超过10%，在提 高PLA阻燃性能时，会导致力学性能的下降，影响其使用性能。

8 生物基复合材料行业

8.1 淀粉基塑料材料及制品：传统塑料污染的破局之术

淀粉基生物降解塑料：一般是改性淀粉与生物降解聚酯(如PLA/PBAT/PBS/PHA/PPC等)的共混物，它能够完全生物降解，可堆肥，对环 境无污染，废弃物适合堆肥、填埋等处理方式。

以淀粉为基础的生物基塑料：一般是改性淀粉与聚烯烃(如PP/PE/PS等)的混合物。它的环保意义在于能够减少石化资源的使用，减少二 氧化碳排放，废弃物适合焚烧处理。

改性淀粉具有三大特点： 1.疏水性。淀粉经化学改性后完全疏水，并且水分含量＜1%，与其它合成高分子材料具有良好的相容性。 2.耐温性。改性淀粉在热塑加工过程中可承受230℃的高温而不变黄、不分解。 3.热塑性。改性淀粉能够在塑料加工设备上热塑加工。

随着消费者对塑料产品偏好的逐渐转移，可再生环保材料受市场追捧热度不断升温。受其影响，生物基塑料市场需求力度加大。 随着各国政府对生物塑料的重视。RnR Market Research公司称，近年来各国相继出台限塑令，不断加大对传统塑料使用的监管 力度，这有利于进一步推高生物基尤其是淀粉基塑料的需求走势。 目前，国内淀粉基材料及制品主要生产企业及现状如下：武汉华丽6万吨/年；深圳虹彩2.5万吨/年；苏州汉丰1万吨/年；浙江天禾 3.5万吨/年；浙江华发1万吨/年；山东必可成1万吨/年；其它生产企业还包括南京比澳格、常州龙骏等。

8.2 木塑材料：一种可替代木材、塑料、金属的新型环保材料

木塑复合材料（ Wood-Plastic Composites ,WPC）是以木纤维和植物纤维为主 要原料（锯木、木屑、竹屑、稻壳、麦秸、大豆皮、花生壳、棉秸秆等），再 和各种塑料（PE、PP、PVC、ABS和PE等），添加其他化学助剂，按一定比 例混合，经高温挤塑模具挤出成型。 木材的供应不足已经成为世界许多国家普遍存在的问题。木塑复合材料作为理 想的代木代塑新材料，具有防腐防蛀、防水防潮、耐磨阻燃、节能环保、可循 环再利用、力学性能强等诸多优点，其前景在国内外均被看好。

目前我国木塑复合材料及制品的制造水平、产量及出口量已跃居世界前列，但 从木塑复合材料行业竞争格局看，美国在木塑复合材料的生产开发和应用上依 然居于世界领先地位。相较美国木塑复合材料格局而言，差距具体表现在目前 国内木塑复合材料生产企业普遍规模较小、行业集中度低，真正有品牌影响力 的企业很少，产品应用领域和创新能力均有待提升。

8.3 竹塑材料：一种具有多种用途的新型复合材料

产品的主要用途： 竹塑复合板材的适用范围比较宽泛，多种类的产品具有比较大 的选择性。目前主要应用在树箱、户外铺板、室内地板、户 外 装饰扶手等领域。

产品性能： 竹塑复合板材可锯、可刨、可钉，加工性能好，克服了天然木 材耐用性差、易燃、易潮、易腐等缺点；又避免了单纯塑料材 质的不足之外，是一种适应性较强的竹塑复合板材。与木材相 比，它各向同性好、耐候性和尺寸稳定性也好，产品不怕虫 蛀、不生真菌、抗强酸强碱、不吸收水分、不易变形、机械性 能好，制品耐用性比单纯的木质材料高数倍，且有坚硬、强 韧、耐久、耐磨等优点。与塑料相比，它适用于各种木材加工 方式，表面易于装饰，可印刷、油漆、喷除、覆膜，且产品可 回收利用，环保性能好，可生产各种颜色的整体木纹产品及单 色产品。

告节选：