标准升级系列之三：PLA核心在于丙交酯PBAT核心在于一体化.pdf

敬请参阅末页重要声明 及评级说明 证券研究报告 化工 行业 研究 /深度 报告 主要观点： PLA、 PBAT是可降解塑料领域主流产品 可降解塑料产品百花齐放 。 塑料是现代化工行业最重要的材料之一，然 而由此产生的 “ 白色污染 ” 问题被广泛关注 。 可降解材料不仅可以大 幅减少废弃塑料对环境造成的影响，同时也是实现资源循环和利用的 有效载体 。各种 可降解塑料 在性能、实用性、降解性、安全性上都有其 各自的 特点。 PLA 和 PBAT 因其 性能优良、生产技术较成熟、产业化程 度较高， 成为了可降解塑料 行业 的 主流 产品 ，发展前景 广阔 。 PLA技术壁垒较高，核心竞争优势在于丙交酯的生产 PLA目前是产业化最成熟、产量最大、应用最广泛的生物基和生物降解 塑料 。 PLA 制备有两种方法，分别是丙交酯开环聚合法和直 接缩聚法， 工业上广泛采用的是 丙交酯开环聚合法 。 中间体丙交酯的合成和纯化 是 目前 PLA 工艺流程中 的核心技术和难点， 其 反应条件苛刻、工艺复 杂、技术要求较高、生产成本较高， 是 国内企业 PLA产能扩张的 主要 技 术壁垒 。目前 PLA产能主要集中于海外，国内仍处于起步阶段 。许多企 业正在加强与科研机构的合作研发，试图 打通 乳酸、 丙交酯 、聚乳酸 的 全 产业链 。预计未来 PLA投产速度将有大幅提升，市场前景广阔。 国内 在建或 规划 PLA 项目新增产能合计 160 万吨。 上市公司 金丹科技、万 华化学、道恩股份、中粮科技也在积极布局 PLA 产业链。 PBAT技术较为成熟，核心竞争优势在于一体化水平 PBAT 是目前生物降解塑料研究中非常活跃和市场应用最好的降解材料 之一 。 共酯化（直接酯化）、分酯化和串联酯化是 PBAT制备 常用的三 种方法 ，国内企业主要采用直接酯化法， 该工艺操作简单，工艺流程短、 原料利用率高、反应时间短、生产效率高，但 也存在 反应体系物质较复 杂、相对分子质量分布宽且不易控制等 缺点 ，对产品质量有影响 。 我国 PBAT产能居于全球领先地位， 技术较为成熟 。在同质化竞争的情况下， PBAT 的 核心竞争优势在于 公司的 一体化水平 。 一体化水平的提高将有 三大优势：（ 1）避免上游原材料价格波动；（ 2）保障原材料供给 ；（ 3） 生产成本的进一步下降。 随着 不断有新的在建产能涌入，未来市场竞争 加剧 ，一体化的成本优势将凸显 。 在建产能方面， PBAT 在建 或 规划 产 能合计达 563万吨 ，是现有产能的 10倍以上。 PBAT产业较为成熟，行 业内投产加速 ，新增产能比 PLA更多 ，恒力石化、金发科技、万华化学、 道恩股份 、彤程新材 等上市公司 不断加码 PBAT 赛道 。 “禁塑令”开始实施，应用场景不断拓展，供不应求 经过 2020 年一年的准备期， 我国 已形成了国家 -地方多层次的禁塑政 策体系，政策再度趋严，进入执行阶段，对可降解塑料行业的利好正式 落地 。 可降解塑料 已应用在多个场景，如线下商超、零售和餐饮、 外卖 平台、社区团购平台 等，需 求量因此大幅增加，出现了供不应求的局面。 标准升级系列之 三 ： PLA 核心在于丙交酯， PBAT 核心在于一体化 行业 评级： 增 持 报告 日期 ： 2021-01-29 行业指数与沪深 300 走势比较 分析师：刘万鹏 执业证书号： S0010520060004 电话： 18811591551 邮箱： 联系人：曾祥钊 执业证书号： S0010120080034 电话： 13261762913 邮箱 ： 相关报告 标准升级系列之二：国家禁塑力度继续 加码 2020.7.22 标准升级系列之一：替代市场空间巨 大，可降解塑料大有可为 2020.6.30 -14% 4% 22% 40% 58% 76% 2/20 5/20 8/20 11/20 化工 沪深 300 化工 /行业深度 敬请参阅末页重要声明 及评级说明 2 / 31 证券研究报告 据我们测算： 未来 5年中国可降解塑料市场需求量有望达到 238万吨， 市场规模可达 477 亿元； 未来 10 年有望达到 428万吨 ， 市场规模可达 855亿元， 未来 可降解塑料市场空间 较大 。 风险提示 可降解塑料技术迭代风险 ； 可降解塑料替代进程不及预期 ； 政策推动不 及预期 ； 原料价格上涨的风险 ； 垃圾分类普及和塑料再生技术突破的风 险 ； 疫情对全球经济的影响无法短期恢复的风险 。 推荐 关注 ： 金发科技 ； 金丹科技 ； 万华化学 ； 恒力石化 ； 道恩股份 ； 中粮科技 ； 彤 程新材 ； 瑞丰高材 （排名不分先后） 。 化工 /行业深度 敬请参阅末页重要声明 及评级说明 3 / 31 证券研究报告 正文目录 1 PLA、 PBAT 是可降解塑料领域主流产品 . 5 1.1 可降解塑料产品百花齐放 . 5 1.2 PLA 与 PBAT 为未来主流产品，发展前景广阔 . 7 2 PLA 产业技术壁垒较高，国内仍处于起步阶段 . 10 2.1 PLA 技术难点在丙交酯 . 10 2.2 PLA 投产加速，合作研发是一大技术来源 . 13 3 PBAT 产业较为成熟，产能全球领先 . 18 3.1 PBAT 核心优势来源于一体化 . 18 3.2 PBAT 项目快速推进，工艺以直接酯化方式为主 . 20 4 政策推动需求量猛增，应用场景广泛 . 25 5 风险提示 . 30 化工 /行业深度 敬请参阅末页重要声明 及评级说明 4 / 31 证券研究报告 图表目录 图表 1 可降解塑料的降解过程 . 5 图表 2 可降解循环过程 . 6 图表 3 可降解塑料的分类 . 6 图表 4 2019 年全球不同种类可降解塑料产能占比 . 7 图表 5 可降解塑料性能对比 . 8 图表 6 可降解塑料完全成本对比 . 8 图表 7 主要可降解塑料及其特点 . 9 图表 8 PLA 制备化学式 . 10 图表 9 PLA 一步法生产流程 . 11 图表 10 PLA 两步法生产流程 . 12 图表 11 PLA 合成技术对比 . 12 图表 12 开环聚合法中关键步骤参数 . 13 图表 13 全球 PLA 现有产能分布 . 14 图表 14 国内 PLA 在建产能分布 . 15 图表 15 国内部分企业产业链布局及技术来源 . 15 图表 16 PBAT 结构式 . 18 图表 17 PBAT 生产流程 . 19 图表 18 PBAT 完全成本测算 . 20 图表 19 PBAT 原料价格变化 . 20 图表 20 BDO 自给率变化 . 20 图表 21 全球 PBAT 现有产能 . 21 图表 22 国内 PBAT 在建产能 . 22 图表 23 可降解塑料相关政策时间表 . 25 图表 24 可降解塑料应用领域 . 28 图表 25 2020-2025 年可降解塑料市场需求预测（基于各地政策） . 29 化工 /行业深度 敬请参阅末页重要声明 及评级说明 5 / 31 证券研究报告 1 PLA、 PBAT 是可降解塑料领域主流产品 可降解塑料领域方兴未艾，有广阔的市场空间。 塑料是现代化工行业最重要 的材料之一，然 而由此产生的“白色污染”问题被广泛关注 ， 唯有可降解塑料可 以根本性解决白色污染问题 ， 可降解 材料不仅 可以大幅减少 废弃 塑 料对环境造成 的影响 ，同时也是实现资源循环和利用的有效 载体。 多种可降解塑料共同主导全 球可降解塑料市场 ，可降解材料可以通过降解方式或者原料两种方式进行分类， 各种 材料 在性能、实用性、降解性、安全性上都有其各自的特点 ，其中， PLA 和 PBAT 性能优良、生产技术较成熟、产业化程度较高，是未来行业发展主流，发 展前景巨大。 1.1 可降解塑料 产品百花齐放 可降解塑料是白色污染的最佳解决方案。塑料是现代化工行 业最重要的材料 之一，然而， 使用后 的 废弃塑料制品具有数量大、分布广、难回收等特点 ， 形成 了全球都非常关注的“白色污染”问题，不仅污染环境、危害健康，还占用宝贵 的土地资源。在这种情况下，可降解塑料应运而生。 可降解塑料是指其制品的各 项性能可满足使用性能要求，在保存期内性能不变，而使用后在自然环境条件下 能降解成对环境无害的物质的塑料 ，其能够通过堆肥处理 转化为肥料、二氧化碳 和水，种植出含糖或淀粉的作物后，通过发酵或者化工加工就又能转化成用于生 产高分子材料的有机分子。这样的可降解循环可以大幅减少 废弃 塑 料对环境造成 的影响 ， 同 时也是实现资源循环和利用的有效途径 。 图表 1 可降解塑料的降解过程 资料来源： Nova Institute，华安证券研究所 化工 /行业深度 敬请参阅末页重要声明 及评级说明 6 / 31 证券研究报告 可降解塑料可以通过降解方式或者原料的不同进行分类。 按照降解方式分类， 可降解塑料 可以分为 生物降解塑料、光降解塑料、光和生物降解塑料、水降解塑 料四大类。目前，光降解塑料、光和生物降解塑料的技术还不成熟，市场上的产 品 较少 ， 大部分 提到的可降解塑料均为生物降解塑料和水降解塑料。 按照原材料 划分，可降解塑料 又可 分为生物基可降解塑料和石油基 可 降解塑料。生物基可降 解塑料 是 以生物 质为原料生产的塑料， 能够减少 对石油等 传统能源 的 消耗 ， 主要 包括 PLA（ 聚乳酸 ） 、 PHA（ 聚羟基烷酸酯 ）、 PGA(聚谷氨酸 )等 。 石油基 可 降解 塑料 是 以 化石能源为原料生产的塑料，主要 包括 PBS（ 聚丁二酸丁二醇酯 ） 、 PBAT （ 聚己二酸 /对苯二甲酸丁二酯 ） 、 PCL（ 聚己内酯 ） 等 。 图表 2 可降解循环过程 资料来源： 塑料 ，华安证券研究所 图表 3 可降解塑料 的 分类 资料来源： 化学 工业 ，华安证券研究所 化工 /行业深度 敬请参阅末页重要声明 及评级说明 7 / 31 证券研究报告 1.2 PLA 与 PBAT 为未来主流产品，发展前景 广阔 全球可降解塑料市场 以淀粉基、 PLA、 PBAT 为主 。 目前被广泛应用的可降解 材料包括淀粉基塑料、 PLA、 PBAT、 PBS、 PHA 等 。 据智研咨询数据， 2019 年全 球 可 降解塑料产能合计约为 107.7 万吨， 其中， 淀粉基塑料产能为 44.94 万吨，占 全球 可 降解塑料产能的 38.4%， PLA、 PBAT 分别占 25.0%和 24.1%，位居二、三 位。 三者 合计占比近 90%， 是目前主流的可降解塑料产品，从全球范围内技术相 对更成熟，发展前景最为明朗 。 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 PLA 和 PBAT 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 PLA 和 PBAT。而 淀粉基材 料 将成为 PLA、 PBAT 等塑料的填充物 ，起到 降低成本 的作用 。 从性能角度来说， 各种可降解塑料各有 优缺点， 一般需要改性或复合后使用 。 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，但是强度低 ； 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； PGA 降解速率快，气体阻隔性、机械加工性、强度高，但 是韧性小，光泽性一般 。 PBAT、 PBS 和 PHA 三种材料的性能比较接近，主要是 由于构成这些材料的单体分子结构上比较类似，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。 图表 4 2019 年全球不同种类可降解塑料产能 占比 资料来源： 智研咨询 ，华安证券研究所 淀粉混合物 , 38% PLA, 25% PBAT, 24% PBS, 8% 其他生物降解 塑料 , 3% PHA, 2% 化工 /行业深度 敬请参阅末页重要声明 及评级说明 8 / 31 证券研究报告 从成本角度来说， 近 5 年 PLA 成本略高于 PBAT。 PLA 单体原料乳酸主要由 玉米等粮食作物发酵制成，近年来国内乳酸价格相对平稳，乳酸生产成本较高， 典型工业化规模的 PLA 产品完全成本约为 16000 元 /吨。 PBS 和 PBAT 单体均来 自石化路线，产品价格受原油价格的影响。 PBS 原材料价格水平 较 高 ，导致 完全 成本较高，约为 18000 元 /吨 ，因此 PBS 产品 竞争力较弱， 产量较少。 PBAT 由于 原料价格相对较低 ，完全成本 是主流可降解塑料中偏低的， 约为 13000 元 /吨 ，因 此 PBAT 更具有竞争优势， 产业化程度较高。 PCL 与 PHA 的生产规模都明显偏 小，国内以进口为主，尚未产业化。 整 体 而言，目前可降解塑料的完全成本依然 较高，但在覆盖范围更广且程度更严格的“禁塑”政策的落实推行下，可降解塑 料的成本并不会制约其发展， 塑料包装有偿使用将成为商家成本转嫁到消费者 的 新常态。 从产业化阶段来说， 可降解塑料中 PLA 和 PBAT 的 产业化程度最高 ， 引领市 场主流。相对来 说 ， PLA 的生产 技术 较为成熟 ，且 总产能占比居于前列 ，产业化 程度最高，是在市场上被着重研发的对象 ； PHA 的性能优异，随着成本下降，未 图表 5 可 降解塑料 性能对比 PLA PBAT PBS PGA PCL PHA 耐热性 熔点 / 177-180 110-120 114 220-240 60 180 分解温度 / 300 280 400 315 200 195 玻璃化温度 / 高 低 低 适中 低 低 力学性 能 拉伸性能 好 好 好 一般 一般 好 拉伸强度 /Mpa 45 20-30 33 80 4 30 延伸率 /% 3 820 400 10 800-1000 10 杨氏 模量 /GPa 3-4 1.5 0.2-0.5 7 0.3 0.5-1.5 抗冲击性能 一般 一般 好 好 一般 好 其他 水汽阻隔性 一般 差 未知 高 一般 较高 氧气阻隔性 一般 差 未知 高 未知 较高 降解速度 适中 适中 快 超快 慢 快 商品化程度 高 高 高 超低 低 中 价格区间（万元 /吨） 2-4 2-3 2-3 1.9-3 5 7 资料来源： 化工新材料 ，华安证券研究所 图表 6 可降解塑料 完全成本对比 名称 完全成本（元 /吨） 主要原料 备注 PLA 16000 乳酸 乳酸 9000 元 /吨 PBAT 13000 对二苯甲酸、己二酸、丁二醇 对二苯甲酸 5300 元 /吨、己二酸 8700 元 /吨、丁二醇 9500 元 /吨 PBS 18000 丁二酸、丁二醇 丁二酸 16500 元 /吨、丁二醇 9500 元 /吨 PGA 13000 草酸二甲酯 草酸二甲酯 2800 元 /吨 PCL - 过氧酸、环己酮 PHA - 乙醇酸甲酯 资料来源： 化工新材料 ，华安证券研究所 化工 /行业深度 敬请参阅末页重要声明 及评级说明 9 / 31 证券研究报告 来有望从医疗高端领域拓展至包装、农膜等更大的市场 ，目前生产技术不成熟， 处于产 业化初级阶段 。 由于国内丁二酸原料受限， PBS 产量很低，故衍生了 PBAT 和 PBS 两种材料，但二者加工性能都不及 PBS，其中 PBAT 产业化程度较高，是 可降解塑料中的主流产品。 PGA 和 PCL 生产技术均不成熟，国内厂商很少，且价 格很高，因此主要以进口为主，国内尚未实现产业化。 图表 7 主要可降解塑料及其特点 分 类 名称 降解途径 存在的问题 产业化阶段 应用领域 生 物 基 聚乳酸（ PLA） 在温度高于 55或富 氧和微生物作用下降 解为二氧化碳和水 水降解，需干燥 储存、铝塑包 装，成本较高 产业化程度较高， 中间体丙交酯生产 工艺是瓶颈 包装、纺织行业、农用地膜和 生物医用高分子等行业 聚羟基脂肪酸酯 （ PHA） 在水中、土壤中和二 者兼具的环境中，甚 至在厌氧条件下，都 可生物降解 加工温度范围 窄、热稳定性 差、脆性大、生 产质量不稳定 生产技术不成熟、 生产成本过高，处 于产业化初级阶段 主要用于医学领域，如手术缝 纫线、组织工程支架材料、药 物载体材料等医用植入材料高 附加值领域 全淀粉基 可在潮湿的自然环境中完全降解 使用寿命、机械 性能以及印刷性 能都较差 技术较为成熟 具有很强的热塑性 ，用于 餐具、 日用品等领域 石 油 基 聚丁二酸丁二醇酯 （ PBS） 在堆肥等接触特定微 生物条件下才发生降 解，降解速率尤其是 崩解速率稍差 国内丁二酸原料 受限，国内产量 很低 产业化列入 2002 年中科院创新工程 项目，赢得了产业 化先机 包装薄膜、餐具、发泡包材、 日用品瓶、药品瓶、农用薄 膜、农药及化肥缓释材料等 聚 (对苯二甲酸 -co- 己二酸丁二醇酯 ) （ PBAT） 与 PBS 性能相 似，但加工性能 不及 PBS PBS 衍生物， 2010 年中科院理化所取 得技术突破 用于农膜、包装 聚 (丁二酸 -co-己二 酸丁二醇酯 ) （ PBSA） 与 PBS 性能相 似，但加工性能 不及 PBS PBS 衍生物 用于农膜、包装 聚乙醇酸（ PGA） 可在几个月内完全降 解为 CO2 和水，无毒 无害 量少价高 进口为主，国内尚未产业化 具有良好的气体阻隔性、生物 相容性，用于药物缓释材料、 组织工程材料、手术缝合线等 高附加值的医用领域 聚己内酯（ PCL） 厌氧或需氧环境下， 都可以被微生物完全 分解，但速度慢 量少价高 进口为主，国内尚未产业化 以高附加值的包装材料和医用材料为其主要应用方向 资料来源： 化工进展 ，华安证券研究所 化工 /行业深度 敬请参阅末页重要声明 及评级说明 10 / 31 证券研究报告 2 PLA 产业技术壁 垒较高，国内仍处 于起步 阶段 PLA 是主流可降解塑料产品 之一 。聚乳酸 是以乳酸为主要原料聚合 而成 的聚 合物 ， 目前是 全球范围内 产业化最成熟、产量最大、应用最广泛的 生物 可 降解塑 料 。 PLA 制备有两种方法，分别是丙交酯开环聚合法和直接缩聚法，其中丙交酯 开环聚合法被广泛采用。在丙交酯开环聚合法中，中间体丙交酯的合成和纯化是 工艺流程中的核心技术和难点，反应条件苛刻、工艺复杂、技术要求较高、生产 成本较高， 是 国内企业 PLA 产能扩张的技术壁垒 。目前， PLA 产能主要集中 在 海 外，国内 仍处于起步阶段。 随着“禁塑令”的推行， 许多 公司加强 与 科研机构的 合作研发，加强 乳酸、 丙交酯 、聚乳酸的 产业链布局。国内 PLA 产业 已建并投产 的生产线并不多，且多数规模较小， 在建产能行业集中度高，竞争格局较好。 总 的来说，国内企业目前受制于技术水平、产品质量、生产规模等方面的原因，市 场份额较小，随着 国内企业打通 丙交酯的 技术难点， PLA投产速度将有大幅提升， 市场前景广阔。 2.1 PLA 技术难点在丙交酯 PLA 是最常见的可降解塑料之一 。 PLA（聚乳酸） 是以 生物发酵生产的乳酸 为主要原料聚合得到的聚合物 。 单个的乳酸分子中有一个羟基和一个羧基，多个 乳酸分子在一起， 羟基 与别的 分子的 羧基 脱水缩合， 羧基 与别的分子的 羟基 脱水 缩合 ， 形成了聚乳酸。 PLA 原料来源充分且可以再生 ， 生产过程无污染，而且产 品可以生物降解 ， 使用后 的 PLA 可以通过 堆肥 ，在温度高于 55 或富氧和微生 物作用下降解为二氧化碳和水 ， 实现在自然界中的 物质 循环 ，不会对环境产生影 响 ， 因此是理想的绿色高分子材料 。 PLA 还 具有可靠的生物安全性、生物可降解 性、良好的力学性能和易加工性， 被 广泛用于包装、纺织行业、农用地膜和生物 医用高分子等行业。 PLA 的缺点是降解条件相对苛刻。 图表 8 PLA 制备 化学式 资料来源：乙醛醋酸化工，华安证券研究所 化工 /行业深度 敬请参阅末页重要声明 及评级说明 11 / 31 证券研究报告 PLA 制备 主要 有两种方法，分别是丙交酯开环聚合法和直接缩聚法 ，工业上 采用的主要是开环聚合法 ， 产业链技术难点在于丙交酯的合成和纯化。 （ 1） 直接 缩聚法又称一步法，是指乳酸分子通过脱水缩聚反应 制备 PLA 的过程。 该方法缺 点在于 反应体系处在缩聚和解聚的动态平衡，体系黏度的逐渐增大导致去除副产 物水的难度增加，无法及时排除的水会使反应向聚合物解聚的方向进行，进而影 响 PLA 分子量的提高。同时，在高温高真空度的反应条件下， PLA 也会发生解 聚、带色和消旋，降低产物 性能。一步法生产 PLA 的生产流程短、成本低，但是 由于 PLA 分子量难以得到有效提升，产品机械性能差，限制了其 工业 应用。 目前 国内仅有上海同杰良公司采用一步法合成技术。（ 2） 丙交酯开环聚合法又称两步 法，是 将乳酸先脱水生成低聚物，然后解聚生成丙交酯，再开环聚合制得 PLA 的 过程，核心技术在于 丙交酯的合成和纯化 。丙交酯的纯化在整个开环聚合过程中 至关重要，只有纯度高的丙交酯才能用于合成分子量高、物理性能好的 PLA。两 步法涉及丙交酯的提纯步骤，不仅工艺过程复杂、成本也较高，但是可以通过控 制丙交酯的纯度及反应条件，实现生产高 分子量及化学结构可控、力学性能较好 的 PLA，因此是目前工业上应用最多的方法。 图表 9 PLA 一步法生产流程 资料来源： Chemicalbook，华安证券研究所 化工 /行业深度 敬请参阅末页重要声明 及评级说明 12 / 31 证券研究报告 图表 10 PLA 两步法生产流程 资料来源： Chemicalbook，华安证券研究所 图表 11 PLA 合成技术对比 核心技术 优点 缺点 代表企业 直 接 聚 合 法 副产物水 分的脱除 （ 1）产率高 ，能得到接近 理论产率的 聚乳酸； （ 2）流程简短，工艺简单，合成的聚 乳酸不含催化剂，成本低。 （ 1）原料乳酸中不挥发性的杂质最终都留在聚 乳酸成品中，因此只能使用纯净的乳酸为原料； （ 2）随着反应的进行，反应体系的黏度越来越 大，反应副产物水在粘性熔融物中难以除去，很 难保证反应向生成聚合物方向进行，易发生解 聚； （ 3）所得聚乳酸的分子量较低，只有 5000 左 右，限制了广泛应用。 国内仅有同杰 良公司采用该 技术 丙 交 酯 开 环 聚 合 法 丙交酯的 纯化 （ 1）可得到高分子量的聚乳酸，最高 可达 80 万左右； （ 2）可使用纯度不高的 乳酸为原料， 因为挥发性 的丙交酯可与非挥发性杂质 分离，在用重结晶法或蒸馏法提纯时还 可以进一步去除杂质； （ 3）可以通过控制丙交酯的纯度及反 应条件，实现生产高分子量及化学结构 可控、力学性能较好的 PLA。 （ 1）粗丙交酯中含有水、乳酸、乳酸低聚物等 杂质，丙交酯的纯度和产率会直接影响聚乳酸的 质量和生产成本，丙交酯必须提纯才能聚合得到 高分子量的产品； （ 2）整个过程需要在高温、负压及催化的条件 下进行，工艺过程复杂，成本较高。 大多数公司采 用该技术，如 NatureWorks 、 Total Corbion、金 丹科技、浙江 海 正、丰原集 团等 资料来源：当代化工，华安证券研究所 化工 /行业深度 敬请参阅末页重要声明 及评级说明 13 / 31 证券研究报告 2.2 PLA 投产加速，合作研发 是一 大技术来源 PLA 产能主要集中于海外，国内企业正加快布局。 全球可降解塑料企业数量 较多，生产的产品种类也具有很大的差异化，单家公司的产能都较小，大部分公 司的产能都不足 5 万吨。 产能占比较大的企业主 要包括美国嘉 吉 NatureWorks 公 司 和 科比恩与道达尔合资 Corbion-Purac 公司 ，分别拥有 15 万吨 /年和 7.5 万吨 / 年的产 能 。其中， 美国 NatureWorks 于 1997 年由美国陶氏化学与 Cargill（嘉吉） 合作成立 ， 为全球最大的 PLA 生产企业，也是全球唯一产能达到 15 万吨级的 PLA 生产商，远超其他生产商的生产规模 ， 在 2001 年建设了世界最大的聚乳酸生产工 厂 。 国内 PLA 市场分散度较高 ，近年来， 国内一些玉米深加工企业和生物化工企 业开始投资进入 PLA 产业 ， 但 PLA 产业在我国仍处于起步阶段，已建并投产的 生产线并不多，且多数规模较小。河北华丹和丰原集团都拥有 5 万吨 /年的产能， 居于国内 PLA 企业的领先地位。浙江海正目前拥有产能 4.5 万吨 /年 ， 2020 年 12 月 1 日，其 年产 3 万吨聚乳酸项目成功投产，实现聚乳酸树脂工业化生产跨越式 增长 ，海正称 已 自主掌握丙交酯（聚乳酸中间体）等核心技术， 能够 夯实推进我 国聚乳酸的产业化发展 。国内其他企业，如吉林中粮、永乐生物等也都有规模不 等的聚乳酸生产线。总的来说，国内企业目前受制于技术水平、产品质量、生产 规模等方面的原因，市场份额较小，随着可降解塑料领域的发展， PLA 投产速度 将有大幅提升。 图表 12 开环聚合法中关键步骤参数 步骤 催化剂 温度 / 压力 /kPa 反应产物指标要求 当前成本 乳酸预处理 - 60-80 3-5 乳酸浓度需超过 90% 低 乳酸缩聚 锌、锡类催化剂，有机胍类催化剂 140-160 20-60 乳酸寡聚体转化率需超过 90% 高 乳酸解聚环化 锌、锡类催化剂，有机胍类催化剂 180-250 1-5 粗丙交酯转化率需超过 90% 高 丙交酯提纯 - 180-250 1-5 聚合级丙交酯化学纯度需超过 99%，某些用于纺织的丙交酯光 学纯度需超过 99% 适中 资料来源：当代化工，华安证券研究所 化工 /行业深度 敬请参阅末页重要声明 及评级说明 14 / 31 证券研究报告 PLA 投产加速，各企业正在争相进入千亿可降解塑料市场 ，在建 或规划 产能 达到 160 万吨 。目前， PLA 产能正处于快速扩张期，其中浙江友诚在建 PLA 产能 50 万吨，项目落户广西崇左， 充分利用广西地区丰富的甘蔗渣资源、秸秆纤维资 源，后续产业链长、市场前景广，建成投产后对国内聚乳酸产业长远发展具有重 要意义 。丰原集团在建产能 40 万吨，预计 2021 年投产，项目地点在 安徽省蚌埠 市固镇县经济开发区 ， 是安徽省 “ 增强高质量发展动能暨全省贯彻 “ 六稳 ” 重大 项目 ” 之一 ， 聚力推动蚌埠成为全国领先的生物基材料之都、国际化的聚乳酸产 业集群。 山东 同邦 新材料在建产能 30 万吨，预计分两期建成投产，分别为 2022 年 4 月和 2023 年 10 月，一期工程建成后年产聚乳酸 10 万吨、聚乳酸纤维 5 万 吨，二期工程建成后全厂年产聚乳酸 20 万吨、聚乳酸纤维 10 万吨。山东 泓达生 物科技有限公司 16 万吨 /年 PLA 项目分三期建成，建设期为 6 年。从国内在建产 能来看， PLA 新增产能行业集中度高，竞争格局较好，预计当国内企业陆续打通 技术难点丙交酯的产业链后， PLA 投产有望进一步加快，产业发展前景良好。 图表 13 全球 PLA 现有产能分布 企业 地区 产能（万吨） 市占率 备注 国内 河北华丹 河北 5 10.28% 丰原集团 安徽 5 10.28% 2020 年 9 月投产 浙江海正 浙江 4.5 9.25% 2006 年底，投产 5000 吨； 2020 年 12 月，投产 3 万吨 吉林中粮生化有限公司 吉林 3 6.17% 永乐生物 河南 2 4.11% 2016 年投产 深圳易生 深圳 1 2.06% 2019 年 11 月，投产 1 万吨 上海同杰良 上海 1 2.06% 光华伟业 深圳 1 2.06% 江苏天仁 江苏 0.5 1.03% 江苏九 鼎 江苏 0.5 1.03% 国外 Natureworks 美国 15 30.83% 2013 年投产 Corbion-Purac 荷兰 7.5 15.42% 2018 年投产 FKuR Kunststoff GmbH Willich 德国 2 4.11% Synbra Holding bv 荷兰 0.5 1.03% futerro Escanaffles 比利时 0.15 0.31% 合计 48.65 100% 资料来源：公司公告，环评报告，华安证券研究所 化工 /行业深度 敬请参阅末页重要声明 及评级说明 15 / 31 证券研究报告 国内聚乳酸技术主要依靠 企业与 科研机构的 合作研发。上海同杰良公司技术 来自同济大学，采用一步法生产工艺，现已具备“乳酸 -聚乳酸”的生产能力。 浙 江海正丙交酯技术工艺来自于长春应化所，其丙交酯成功实现生产，能够实现部 分自供 ， 公司依托生物技术方面积累，持续向聚乳酸上下游产业链延伸 ，但 目前 公司缺乏原材料乳酸生产，需要向国内金丹科技等企业采购。金丹 科技 和南京大 学合作，采用有机胍催化工艺， 尝试打通“乳酸 -丙交酯”产业链， 中试结果较好， 成本有望随工程化能力提 高而持续降低。 中粮科技 技术来源于比利时格拉特，两 者合作 已 在安徽建立玉米 -乳酸 -丙交酯 -聚乳酸的全产业链生产基地 ，公司已掌握 丙交酯生产工艺和加工技术，丙交酯生产项目正稳步推进。由此可见， PLA 技术 难点主要在丙交酯，国内许多企业正在大力研发丙交酯生产技术，试图攻破 PLA 产业技术壁垒，打通“乳酸 -丙交酯 -聚乳酸”全产业链，增强成本优势。 图表 14 国内 PLA 在建产能分布 企业 地区 产能（万吨） 备注 浙江友诚 浙江 50 丰原集团 安徽 40 预计 2021 年投产 同邦新材料 山东 30 预计分两期建成投产： 2022 年 4 月， 2023 年 10月 山东泓达生物科技有限公司 山东 16 分三期建成，建设周期为 6 年 东部湾（上海）生物科技有限公司 上海 8 预计 2021年 12 月投产 永乐生物 河南 8 浙江海正 浙江 3 金发科技 广东 3 预计 2021年 Q4 投产 金丹科技 河南 1 预计 2021 年投产 河南龙都天仁生物材料有限公司 河南 1 合计 160 资料来源：公司公告，环评报告，华安证券研究所 图表 15 国内部分企业产业链布局及技术来源 企业 合作 科研机构 产业链情况 上海同杰良 同济大学 采用一步法生产工艺，具备“乳酸 -聚 乳酸”生产能力。 浙江海正 长春应化所 具备从乳酸和丙交酯两条路线合成聚乳酸的能力； 缺乏乳酸生产能力，需要国内金丹科技等企业采购； 能够生产丙交酯，可实现部分自供。 金丹科技 南京大学 具备乳酸生产能力； 正在打通“乳酸 -丙交酯”产业链，尝试生产中间体丙交酯，中试结果良好。 中粮科技 比利时格拉特 已在安徽建立“玉米 -乳酸 -丙交酯 -聚乳酸”的全产业链生产基地； 已掌握丙交酯生产工艺和加工技术，丙交酯生产项目正稳步推进。 资料来源：公司公告，华安证券研究所 化工 /行业深度 敬请参阅末页重要声明 及评级说明 16 / 31 证券研究报告 【相关上市公司】 金丹科技： 立 足 乳酸生产，积极布局聚乳酸 PLA 产业链。公司目前拥有 12.8 万吨乳酸及盐产能，是国内最大，也是全球主要的 乳酸 生产企业 。 公司一方面 继 续 夯实乳酸主业，一方面延伸产业链进军 PLA 行业 。据 招股说明书 ， 公司已和南 京大学、哈尔滨工业大学、江南大学等高等院校的科研机构建立了合作关系，采 用自主研发、合作研发、外部技术引进等多种方式开展研发工作 ，已 拥有完整的、 自主研发的高效工程菌种的选育、乳酸及衍生产品的制备、提纯等多项核心技术。 2017 年，公司与南大科技园合作成立金丹生物新材料公司 ，获取了以乳酸为原料、 采用生物有机胍催化剂 生产丙交酯的关键技术， 开始布局“丙交酯 -聚乳酸”生产 线。公司目前有 “ 年产 5 万吨高光纯 L-乳酸工程项目 ” 与 “ 年产 1 万吨聚乳酸生 物降解新材料项目 ” 两个募投项目 ， 项目完全达产后，公司将新增 5 万吨高光 纯 L-乳酸及 1 万吨聚乳酸产能 。其 中 5 万吨高光纯乳酸将部分用于公司本次 1 万吨 聚乳酸募投项目及子公司 1 万吨丙交酯的生产，部分对外销售 ，预计建设期为 24 个月。 年产 1 万吨聚乳酸生物降解新材料项目 ，预计建设期为 12 个月， 成为公司 在 可降解塑料领域 的战略布局首次覆盖 。 2020 年 11 月 29 日，公司发布丙交酯试 车公告，称丙交酯项目已投料 试车，目前该项目正按计划推进。 万华化学： PBAT 与 PLA 协同布局，进军可降解塑料领域。万华化学是全球 聚氨酯龙头，目前正全面向新材料领域积极扩张。 围绕国内大循环， 公司 将进一 步发挥技术优势，疏通 影响国内大循环的瓶颈，挖掘下游的市场增长潜力 ， 围绕 PBAT 和 PLA 两种可降解塑料产品，开展原料、技术、性能三位一体的研究 。 2019 年 12 月，公司在充分调研后，选择了 天津科技大学 王正祥 教授 的技术 ，该技术 通 过代谢途径重构和代谢调控新策略的发明与实施，选育获得具有完整独立自主知 识产权的乳酸单体高产新菌种 。 目前， 万华实验室已经 攻破 PLA 产品的 技术难点， 开始准备中试 ， 届时将实现乳酸单体制造技术的国产化，打通聚乳酸产业完整链 条。 万华化学 布局 PLA 和 PBAT 两种 主流可降解塑料产品 ，可以提高产品的协同 效应 ，未来有望为万华打开新的业绩增长点。 道恩股份： 加大研发投入，储备可降解塑料技术 。 公司 2019 年年报披露， 公 司青岛研发中心通过聚合物共混改性，已开发出 PLA/PBAT 合金性能可调生物可 降解材料及淀粉填充完全生物可降解材料等 ， 储备了可降解塑料技术，形成了系 列产品储备，包括全降解 PLA/PBAT 合金改性系列产品、全降解 PLA/PBAT+淀 粉 合金改性系列改性料、改性母料产品及低碳降解产品等 。 2021 年 1 月 16 日 ， 公司与中国纺织科学研究院有限公司签订了战略合作框架协议， 同时签订了 山东道恩高分子材料股份有限公司年产 12 万吨生物可降解树脂项目一期工程 工程服务合同 ， 积极做好可降解塑料产品研发 ， 这意味着道恩股份将完成可降 解塑料的全产业链布局，为可降解塑料时代实现领跑奠定基础。 同时中纺院根据 道恩股份需求和已有技术积累，针对道恩股份生物可 降解树脂产品，组织技术团 队开展系列化新产品开发及其在工程塑料、膜等领域的应用技术开发，为道恩股 份在此领域的产品升级 、产业链延伸及市场推广提供技术支撑。 道恩股份 表示， 本次协议及合同的签署旨在生物可降解领域开展密切合作，共同推动双方在生物 可降解领域的发展 ， 有利于挺进上游可降解合成领域，延伸公司产业链，增强公 司在市场的竞争力，进一步提升公司的持续盈利能力，符合公司长期发展战略和 全体股东的利益。 中粮科技： 产业布局持续推进 ， 引领聚乳酸领域 发展。 2005 年 公司 引入比利 时生产技术， 并 于安徽合作建立 起 “ 玉米 -乳酸 -丙交酯 -聚乳酸 ” 的全产业链生产 化工 /行业深度 敬请参阅末页重要声明 及评级说明 17 / 31 证券研究报告 基地。 下属联营公司 吉林 中粮生物材料 有限公司 设计产能为聚乳酸原料和制品 3 万吨 /年， 已经 量产 ， 而 且 公司 在互动平台表示， 吉林 中粮 聚乳酸产能目前满产满 销，聚乳酸制品销售良好 ， 还 将 积极推进可降解材料全产业