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★全淀粉基一次性生物降解塑料母料

本项目采用挤出与注塑工艺制备全淀粉基降解塑料母料及制品,已经通过100公斤级的中试测试,产品性能稳定可靠。

#新材料
中试

技术详情

项目简介

以聚乙烯、聚丙烯等为代表的石油基聚合物塑料,因为其具有强度高、性能稳定、质量轻、价格便宜的特点在包装材料、一次性餐具、医疗等领域得到广泛应用。但是石油基塑料是石油化工产品,以不可再生的石油为原料,必然面临着资源枯竭的问题;石油基塑料无法降解,在土壤中可以保持稳定不被分解的状态达百年以上,这造成了严重的土壤环境问题和白色污染。随着塑料制品对资源的占用、对环境的污染越来越严重,寻找到一种更加环保的材料显得迫在眉睫,以淀粉基为代表的生物基降解塑料应运而生。

项目团队从事天然高分子材料的研究已经达数十年之久,申报人曾在麻省理工学院进修学习,并得到张齐生院士的长期指导,研发出了一种可再生全淀粉基的生物降解塑料。本方法创造性地结合了物理化学方法对淀粉进行塑化改造,将具有吸水天然特性的淀粉制成了热塑性淀粉(TPS),具有防水效果;然后通过特殊的添加剂将热塑性淀粉自身改性成具有一定机械强度的塑料,抗拉性能和断裂伸长率等力学性能有了大幅提高。本项目采用挤出与注塑工艺制备全降解淀粉塑料母料。首先将天然淀粉与一定比例的可降解的增塑剂、特殊添加剂(自有配方)混合,在双螺杆挤出机塑化挤出,冷却后造粒,即得全降解淀粉塑料母料。

本产品全部原料可再生、环保,降解速度快,防水性能、力学性能和聚乙烯(PE)已经十分接近,完成了中试测试,性能稳定可靠,并且申请了8项专利(3项已授权,5项公开)进行专利保护,可以进行商业化应用,与塑料行业的知名企业南京峰龙塑业、南京宇宝新材料、南通新源塑料达成密切合作并有强烈的合作意向,客户企业对产品进行测试,性能优良、环保可靠。公司供应全淀粉基塑料母料,目标客户为一次性餐具、包装材料、农用地膜、医疗塑料行业的塑料产品制造商,由这些制造商做成成型产品,销售给商场、个人、种植户、医院等终端客户。2018年全球在上述领域的塑料制品累计产量为240万吨,市场规模在约200亿元,具有广阔的市场前景。生物降解塑料最近5年的发展增长率达到年均15%,是一个快速扩大的市场。本品的纤维添加剂是核心所在,也存在着泄密风险,因而添加剂本身由团队内部成员进行合成生产控制,确保安全。

技术创新内容

(1)本项目拥有原创核心的纤维添加剂:功能化聚乙烯醇纤维、功能化天然纤维,通过这些原料形成产品技术壁垒。其中功能化聚乙烯醇纤维,通过使用马来酸酐(或衣康酸酐、柠康酸酐、甲基丙烯酸酐等)改性聚乙烯醇纤维。通过改性以后,一方面聚乙烯醇纤维环保特性得到体现,在土壤环境中可以生物降解,符合现在日益严格的国家环保法规要求:另一方面使得聚乙烯醇纤维含有双键结构,具有聚合单体的属性,并可以在一定条件下与淀粉大分子发生接枝聚合反应,其结构如下:

改性后的聚乙烯醇纤维或天然纤维增强了产品的多项性能,尤其使得全淀粉基生物降解塑料力学和耐水性能有了明显的提高,从而不再依赖于现有共混体系中的石油基塑料。

(2)本项目拥有独特的接枝聚合材料制备工艺:在光或常规自由基引发剂作用下,通过独特接枝聚合反应可以使功能化纤维与淀粉大分子形成化学键的相互作用,最终得到的全淀粉基生物降解塑料母料,具有足够的力学、耐水及热稳定性能。同时本工艺从商业化角度出发,优化产品成本,主要体现在:(1)通常在制备淀粉基塑料中,首先需要对天然淀粉进行改性处理,如:目前最大的淀粉基塑料生产厂家武汉华丽环保科技有限公司。然而,改性处理必将提高产品成本。因此,本项目不对天然淀粉进行任何化学改性处理;(2)为了提高制品性能,当前很多淀粉基塑料是天然淀粉与合成可降解高分子(如:聚乳酸(PLA),聚己内酯(PCL),聚(3-羟基丁酸酯)(PHB),聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)等)的共混体系,然而,这些合成可降解高分子材料价格较高,使最终产品成本较高。而在本项目中,以天然玉米(或土豆、木薯)淀粉为材料的主要基体,一概不使用合成可降解高分子,这样能有效控制成本;(3)添加剂(增强组份)是提高产品性能的关键,本项目中自研的功能化聚乙烯醇纤维(FPVAF)需要一定的成本,用量过大会影响最终产品的价格。因此,本项目中所使用的添加量控制在5wt%以下,避免大幅提高产品成本。

技术成熟度

本产品已经通过100公斤级的中试测试,产品性能稳定可靠。也进行了商业化推广,南京峰龙塑业对本产品母料进行挤出注膜,并对产品性能进行测试,测试效果良好,能满足公司需要。就产品的后续合作签署了合作协议。与南京宇宝新材料和南通新源塑料也进行了深度沟通合作。

可靠性及稳定性

主要技术和性能指标包括三方面: 1)生物降解性能:产品在土埋、堆肥等条件下,完全降解消失需要的时间,时间越短说明环保性能越优秀,本产品在3-6个月之间能够完全降解; 2)力学性能:塑料产品的机械性能,保持一定性状的能力。无论是用于餐具还是包装材料均需要一定的机械性能,能够抗拉或者抗压。本产品拉伸强度8.78MPa,接近于石油基聚合物塑料; 耐水性能:降解塑料必须具有良好的耐水性能和降低其对环境湿度的敏感性,本产品表面接触角为80.2°,有良好的疏水性质。

实现成本

本项目的成本主要由原料和运营两个部分组成:

全淀粉基可降解塑料颗粒原料是由75%淀粉,22%的甘油和3%左右的特殊纤维添加剂构成。淀粉可采用常见玉米淀粉,每吨均价2600元;甘油为食品级,每吨价格在6000元;特有的纤维添加剂每吨均价为20000元。原料成本合计3870元/吨。

本品全淀粉基降解塑料密度和常用的聚丙烯及聚乳酸材料十分接近,如果用同样的模具衡量,意味着同等重量的本品、聚丙烯、聚乳酸产品能够得到差不多相同数量的一次性餐盘。而聚丙烯价格约为10,000元/吨,聚乳酸价格为20,000元/吨以上,本品具有明显的价格优势。

技术特点

研发的淀粉基母料生产具有低成本、工艺成熟、全程无污染排放、低能耗和完全降解等,是下游塑料制品的原料,即本项目的终端产品—完全可降解的一次性塑料餐具盒的原料,可替代当前石油基塑料的内外包装,适用于餐饮业、物流业、医疗业、电子信息业等包装材料。

1)完全可生物降解

本项目以天然玉米(或土豆)淀粉为原料,使用食品级的增塑剂,挑选可降解的添加剂,所有原料均为可生物降解,可保证所制备的一次性包装材料具有全完可生物降解性能。在土埋、堆肥等条件(按照相应国家及国际标准)下,在3-6个月之间能够完全降解。

2)以天然淀粉为主要基体,成本可控

本项目以天然玉米(或土豆)淀粉为主要原料,所制备的完全可降解淀粉基母料颗粒中淀粉含量高达75% ,形成了材料的主要基体。其中,一概不使用聚乳酸等合成可降解高分子,由于其价格较高(是通用塑料PP,PE的3到4倍),而淀粉为农产品,价格低廉,因此,本项目所制备的完全可降解淀粉基母料颗粒的价格可低于通用塑料(如PP,PE)。石油基塑料新母料如PE和PP等,单价为1万元/吨左右,;可降解生物塑料如PLA等,单价为3-4万元/吨;本项目淀粉基母料单价低于1万元/吨。

3)性能能满足使用需求

性能主要包括力学性能和耐水性能。

本项目核心技术为添加剂的使用,在保证可生物降解的前提下,调节其配方,控制用量(5%以下)可保证所制备的一次性包装材料具有较好的力学和耐水性能,满足使用需求。目前低密度聚乙烯(LDPE)的拉伸强度为10.5 MPa,断裂伸长率为50%,其表面接触角为95.2°。本项目全淀粉基一次性塑料包装材料力学和耐水性能以此为目标。

知识产权

1)郭斌, 一种提高夜光粉在有机树脂体系中相容性的方法, 授权专利号ZL 200910024797.

2)郭斌,一种基于微晶纤维素的荧光材料的合成方法, 授权专利号ZL 201010235833.8

3)郭斌, 一种测定淀粉基塑料中淀粉含量的方法, 授权专利号ZL 201310119591.X

4)郭斌,一种表面与本体协同紫外交联淀粉塑料的方法(申请号:201811175210.9)

5)郭斌,一种光活性聚乙烯醇纤维增强淀粉塑料的制备方法(申请号:201811175306.5)

6)郭斌,一种链状SiO2增强热塑性淀粉塑料的方法(申请号:201811175208.1)

7)郭斌, 一种哑铃形SiO2增强热塑性淀粉塑料的方法(申请号:201811175209.6)

8)郭斌,一种配位作用制备既强且韧热塑性淀粉塑料的方法(申请号:201811175207.7)

市场规模和增长趋势

生物降解塑料全球市场2018年需求约240万吨,市场规模约200亿元。最近5年平均增长率在15%以上,具有非常乐观的发展前景。中国市场出货量大概25万吨,市场规模20亿元,保持高速增长。

生物降解塑料可用于包装材料、一次性餐具、农用膜类、医疗塑料等市场,其中包装材料类占比最大,达到60.7%,一次性餐具以17.6%市场份额次之

竞争对手

市场销售预测

目前,国内互联网订餐平台一年使用的塑料餐盒量约146亿个,国家邮政局《中国快递领域绿色包装发展现状及趋势报告》显示,2016年,全国共消耗了塑料袋147亿个;据预测,到2020年,我国快递包装塑料袋消耗量达到400亿个。塑料制品需求量大,塑料制品类型多,对塑料母料需求旺盛。

据环保组织分析结果,目前我国互联网订餐平台上每天使用的塑料餐盒超过6000万个。以500ml的一次性带盖餐盒(聚丙烯)为例,经实验室测量,净重约为13g/个。以此为测算基础,则每天消耗量为6000*10^4*13/(10^6)=780吨/天;每年消耗量=780*365=284700吨。

根据新思界产业研究中心调研,2016年我国生物降解塑料在包装领域的应用约占市场总量的77.3%。国内几个大型淀粉基塑料产品的生产企业总产量占到我国生物降解塑料产量的60%以上。若淀粉基塑料若占生物塑料20%,则淀粉基塑料需求量约为284700*77.3%*60%*20%≈26408.77吨。本项目母料因设备利用率、市场开发等因素,估计第一年本项目可以占有全淀粉基塑料母料市场的1%,之后逐步增加到20%的市场份额(假设份额分别为5%、10%、15%和20%)。假设全淀粉基塑料母料市场规模以1%扩大。由此,未来五年的销售额分别为221.76万元、1109.35万元、2217.93万元、3326.22万元和4434.73万元。本项目产品将成为市场重要的可降解塑料母料供应商,以行业领军企业为公司奋斗目标。

市场竞争优势

1.产品优势

2.市场机会

当前,淀粉基完全可降解塑料市场开发程度低,特别基淀粉基全降解餐具盒和快递包装袋处于新开发阶段。

3.营销优势

团队成员具有丰富的电商营销从业经验和研究深度,与主要营销平台存在产学研合作关系。

4.行业认知

大众化塑料餐具盒市场是以石油基塑料制品为主,高档酒店是可降解餐具盒主要市场,但消费量有限。可降解塑料是塑料行业公认的发展趋势。消费者已有强烈健康意识,是一个急于转换产品供给的市场。

风险评估及应对措施

(1)技术风险及其应对措施

本项目核心竞争力就是淀粉基可降解塑料颗粒中的特殊纤维配方。尽管特殊纤维配方在塑料颗粒原料中的比重不到3%,一旦泄露,竞争力将受到重大影响。

应对措施配比控制本项目核心成员手中,在送料前将特殊纤维提前配置好;特殊纤维原料采购采取增加非配方原料采购,独立库存保管;下一批次采购之前,密封式清空当前剩余非配方材料;非配方原料采购品种保持动态调整,并且动态调整供应商供给。

(2)市场风险及其应对措施:

市场风险包括原料市场和塑料制成品市场以及其他塑料产品的竞争。 一般情形下,淀粉市场和甘油市场供给风险不高,除非发生重大自然灾害影响到下一年淀粉供给或者重大安全生产事故影响甘油供给。但是中间有较为宽裕时间面向国际市场采购淀粉原料和甘油。

餐具盒市场面临消费者使用其他类型塑料制品导致的公共安全事故,间接影响本产品形象。积极、公开、透明发布新闻,邀请消费者代表参观企业,打消消费者疑虑。

其他塑料产品生产者通过降低成本、价格战等方式掀起竞争。坚持多元化策略,研发淀粉基塑料性能,扩大用于更多品类的制成品。

(3)财务风险及其应对措施

一是启动自有资金不足,由核心成员解决。

二是扶持资金和风险资金不能及时到位,影响项目进程。加强与投资方紧密沟通,协商解决。

三是风险投资撤资,给项目带来资金压力。提前撤资可以降低溢价率加以约束风险投资人。

(4)其它风险及其应对措施

其他风险包括熟练员工流动风险,通过改进合理的奖惩机制以及积极研究合伙人扩充机制,吸引留住人才。 项目与所在地地方政府关系融洽与否将影响企业获得地方政府支持的力度大小,需要加以重视。

发展规划

(1)近期规划(2019-2020):

1)初步建立起现代公司制度,包括完善公司组织架构、人员招聘、规章制度、办公配套

2)与重点客户如南京峰龙等建立销售联系,进行产品稳定销售;

3)构建委托加工生产模式,形成稳定的供货能力;

4)开展商标注册、品牌建设等初期推广工作。

(2)中期规划(2021):

1)形成标准产品,并具有根据客户要求进行定制化设计的能力;

2)完善委托加工生产体系,积累生产管理经验;

3)进一步拓展市场,进入包装材料市场;

4)以技术研发为引领,以行业政策为导向,以成功案例为示范,以市场为纽带,优化生产与供应流程,扩大销售规模。

(3)远期规划(2022-2023):

1)建设自有工厂并实施与国际接轨的质量管理体系;

2)将市场进一步拓展到农用地膜和医疗塑料领域;

3)结合客户需求,提供定制化的产品。

研发策略

基于现有专利技术,将全淀粉塑料母料产业化,改进技术和工艺,降低成本以满足多种下游塑料制品的原料需求。塑料母料的产品研发按照一次性餐具盒、快递包装袋和医用塑料耗材的顺序推进塑料母料产品研发; 坚持科技创新领先战略,替代石油基塑料产品为导向,不断研发淀粉基可降解塑料新颗粒,满足多品类塑料制品需求; 研发生物新基源、新配方,扩大可再生原料利用; 从产品投放市场伊始强调产品口碑和品牌形象打造,树立高科技、绿色和亲民的产品形象。

生产策略

坚持使用成熟的生产工艺和设备,降低生产成本。组套式购置设备扩大生产规模

(1)精选2~3家代工工厂,构建产品的生产模式,实现早期产品进入市场的过渡生产;

(2)筹建自有产品生产线,取得相关生产许可证和产品登记证等核心资产。

营销策略

为了降低营销推广费用,采用直销模式,具体拟分为线上直销模式和线下代理营销模式,并以线上直销模式为主。

线下推销模式以若干试点城市的为突破口,打开市场。 线上直销模式主要是在阿里巴巴采购网站、中国化工网、中国制造网以及敦煌网为平台,直接面向海内外市场展开销售,提高覆盖面。

选择和开发塑料制品消耗量大的客户,由点到面,逐步占领开发和占领市场。 利润来自母料的营业收入,扣除必要的成本税费。 本项目制成品具有较高的性价比,产品需求高频特性和刚性,具有持续营利的基础。 随着环保日趋严格,消费者健康概念和意识提高,精准把握客户对健康和价格平衡,重视客户满意度培养,并以培养忠诚客户为目标,以老客户规模*购买频率作为项目利润创造持续性基础。

获利模式

(1)优势分析

1)成本价格优势

因独特的研发方向,得到的完全可降解的淀粉基塑料母料,具有成本优势,塑料制品工艺成熟,生产设备较为简单,价格具有明显的竞争优势。

2)资源优势

我国玉米等淀粉原料充足,这些产业经加工转化提高增加值,符合国家农业产业鼓励政策,可促进区域农业发展。

3)科技优势

利用新型开发科技思路开发出高淀粉可降解颗粒和制成品,符合国家标准,达到国家检测标准。该项目投资属可持续产业化发展,符合国家关于一次性制品生产销售和使用推广可替代品的要求。

4)环保优势

本项目采用淀粉原料,生产全程无三废排放,属于绿色、无公害环保产品。用完丢弃后短期内无视觉污染、可自然降解成二氧化碳和水,对土壤和空气不造成污染,并可增加土壤肥力。淀粉是可再生资源,而纸质品和石油基塑料需要消耗大量的木材和石油资源。以淀粉为原料从颗料生产到餐具等制品生产全程无污染,并完全降解;若回收可作为动物饲料、有机肥料或发酵制工业酒精以及水解制葡萄糖等。

5)可持续循环性

本项目符合以玉米产业转化、粮食深加工和二次转化,符合国家现代农业可再生资源循环经济政策,具有可持续循环发展优势。

6)符合产业发展政策

本项目环保特性符合产业推进政策和环保要求,落地基础强。

(2)劣势分析

环保型餐具行业和塑料包装袋行业竞争激烈。现阶段人工成本较高,落地厂房,需要超长低宽的面积,受厂房面积约束,初始投资规模较小,单机产量较低,扩大规模面临资金不足。环保认证机构的认证体系不完整,降解标准体系不健全。

(3)机遇分析

本项目面临良好的机遇。随着中国经济的高速发展和快节奏现代生活的出现,一次性发泡塑料制品如地膜、包装袋、垃圾袋和餐饮具等废旧塑料的环境污染问题日趋严重,多年来,欧、美、日等发达国家相继制订出台了有关法规,对难以自然降解的一次性塑料材料制品实行禁用或限用。我国政府也已明确规定禁止使用一次性发泡塑料餐具。同时,我国目前陈化粮库存富余,尤其是玉米,每年可供开发的淀粉原料充足,既解决粮食因储存不当或超期储存而浪费问题又能带动当地产业发展。我国出台各种治理“白色污染”的环保法规,为可降解塑料产品的发展环境奠定了政策性支持和保证,从而可彻底解决传统一次性发泡餐具造成的“白色污染”问题。

(4)威胁分析

因泡沫餐具、回收料混合制成包装袋等成本低廉,市场上普遍存在;难以彻底打击制售泡沫餐具的行为和阻止废旧有毒包装袋制售行为。随着淀粉基可降解塑料制品成本下降,实力雄厚的大型企业将进入该细分行业,带来实力不对等的竞争。终端消费者对高淀粉基可降解塑料认知不足,接受程度有待推广宣传加以扭转。

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