生物塑料將會帶來無限商機

生物塑料將會帶來無限商機

塑料製品在給人類帶來各種方便的同時，也給人們帶來難以想象的麻煩。由於有些廢棄塑料在自然條件下不會降解，燃燒又會釋放出有害氣體，給生態環境造成了難以治理的汙染。因此各國科學家開始研製可以自行分解的自毀或自溶塑料以解決這個問題。有人把它稱作“綠色塑料”或“生物塑料”，同時這場產業也帶來無限商機。 生物塑料的發展現狀 目前，美國、英國、德國、日本等國的20多家公司推出了生物塑料。美國密茨根大學生物學家提出了“種植”可分解塑料的設想，他們用土豆和玉米為原料，植入塑料的遺傳基因，使它們能在人工控製下生長出不含有害成分的生物塑料。美國帝國化學工業公司利用將糖和有機酸製造成可生物降解的塑料。其方法與生產出乙醇的發酵工藝相似，所不同的是，用的是產堿杆菌屬，能把喂食的物質轉變成一種塑料，稱為PHBV。這種積累塑料作為能量儲存，就像人類和動物積存脂肪一樣。當積存的PHBV達到它們體重的80％時，就用蒸氣把這些細胞衝破，把塑料收集起來。PHBV具有與聚丙烯相似的性質，這種材料在廢棄後，即使在潮濕的環境下也是穩定的，但在有微生物的情況下，它將降解為二氧化碳和水。 穀物生產聚合物的製造商Cereplast公司在2006年3月初召開的美國穀物培育者協會年會上稱，生物聚合物的價格水平現已可與以石油為原料的塑料競爭。美國納米技術的進步使這一工藝技術可在較低的溫度下與聚合物加工優勢結合在一起。這表明，**上由生物製造的塑料取得很大進展，其價格已與傳統的石油製造的塑料相似。 德國哥廷根大學微生物學家通過對特定基因隔離，使植物的細胞內部生成聚酯，利用這類聚酯，可製成植物型生化塑料。這類塑料在作用下，分解成水和二氧化碳，因此這種塑料垃圾可作為植物肥料而回歸大自然。日本工業技術研究院的科技人員用農林作物下腳料，如豆秸等製成可分解農用薄膜。另有一些科學家正在實驗在塑料中添加澱粉類物質，這樣以澱粉為食料則吞噬之，從而使其慢慢消失掉。 據統計，**生物聚合物生產能力顯著增長，2005年己達到約29萬噸/年。在歐洲，消費量己從2001年2萬噸增加到2005年8萬噸，到2015年，消費量將增加到約100萬噸。另外，歐盟使用生物聚合物的長期替代潛力估計將提高到1500萬噸，生產能力可望達到現有塑料生產量的約1/3。據預測，到2010年，生物降解塑料需求的年增長率超過20%。 主要品種介紹 現在，已有基於不同原材料的許多類型生物聚合物，並且新產品和工藝不斷湧現。現簡介以下幾類: 聚乳酸(PLA) 卡吉爾(Cargill)•陶氏聚合物公司在美國內布拉斯加州布萊爾(Blair)興建的14萬噸/年生物法聚乳酸裝置於2001年11月投產。這套裝置以玉米等穀物為原料，通過發酵得到乳酸，再以乳酸為原料聚合，生產可生物降解塑料—聚乳酸。這是目前**上生產規模大的一套可生物降解塑料裝置。卡吉爾•陶氏聚合物公司計劃投資17.5億美元擴大該產品的生產能力，預計在10年後生產能力將達到100萬噸。 日本市售的手機已采用由穀物衍生的聚合物複合材料製作外殼。其手機外殼采用由kenaf纖維增強的聚乳酸(PLA)樹脂替代了由石油製造的塑料。 通過添加生物質基增塑劑和填充劑提高了抗衝擊性能。據稱，手機外殼約90%都可由生物質來製造。 聚羥基烷基酸酯 生物法合成新型高分子材料生物聚酯已經成為一個新材料生產、開發和應用的方向，該領域的研究充分體現了多領域、跨行業的現代科技產業特點，生物聚酯將在人類的環境保護、*藥保健等方麵發揮重要作用。生物可降解塑料以可再生的原材料為原料，可望在許多應用中替代傳統聚合物。但是因生產費用較高，和受到性能與可加工性的限製，發展還較慢。然而，美國Metabolix公司推出聚羥基烷基酸酯(PHA)生物聚合物家族可望與現有產品，尤其是PE在價格和性能上相競爭，並可望替代50%的傳統塑料。 聚羥基烷基酸酯(PHA)是近20年來迅速發展起來的生物高分子材料，已經成為近年生物材料領域為活躍的研究熱點。這種天然高分子材料是由很多微生物合成的一種細胞內聚酯，其結構多元化帶來了性能多樣化。由於PHA兼具良好的生物相容性、生物可降解性和塑料的熱加工性能，因此可作為生物*用材料和可降解包裝材料。對PHA研究獲得的信息證明，生物合成新材料的能力幾乎是無限的，今後將有更多的PHA被合成出來，並帶動生物材料特彆是生物*學材料的發展。由於PHA還具有非線性光學活性、壓電性、氣體阻隔性等許多高附加值性能，使其除了在*用生物材料領域之外，還可在包裝材料、粘合材料、噴塗材料和衣料、器具類材料、電子產品、耐用消費品、化學介質和溶劑等領域得到廣泛應用。 PHA家族的主要優點是可采用生物技術生產工藝，產品性能適用麵寬，可從這類聚合物生產硬性塑料、可模塑薄膜，甚至製成彈性體。吹塑和纖維級產品也在開發之中。這類聚合物甚至在熱水中也很穩定，但在水中、土壤中和二者兼具的環境中，甚至在厭氧條件下，也可生物降解。將其用於網織品或用作塗層處理的紙杯和紙板具有吸引力，在*療上的應用如植入也有應用潛力。 ADM(ArcherDanielsMidland)和Metabolix公司組建各持股50%的合資企業，將在北美建設從作物生產聚羥基烷基酸酯(PHA)塑料的裝置，該裝置將位於ADM在北美的一個主要生產地。擅長於農業加工和發酵技術的ADM公司稱，這將是工業化PHA裝置，初期能力將為5萬噸/年，定於2008年中期建成。該裝置將服務於由ADM公司和美國從事生物技術的Metabolix公司創建的合資企業。PHA塑料的應用包括紙的塗層、薄膜和模塑的商品。ADM稱，**對石油的需求在持續增長，這套裝置是推進再可生塑料生產，替代傳統的從石油生產塑料的重要步驟。 聚丁二酸丁二醇酯 聚丁二酸丁二醇酯(PBS)是生物降解塑料材料中的佼佼者，用途極為廣泛，可用於包裝、餐具、化妝品瓶及藥品瓶、一次性*療用品（圖2）、農用薄膜、農藥及化肥緩釋材料、生物*用高分子材料等領域。PBS綜合性能優異，性價比合理，具有良好的應用推廣前景。和PCL、PHB、PHA等降解塑料相比，PBS價格極低廉，成本僅為前者的1/3甚至更低;與其他生物降解塑料相比，PBS力學性能優異，接近PP和ABS塑料;耐熱性能好，熱變形溫度接近100℃，改性後使用溫度可超過100℃，可用於製備冷熱飲包裝和餐盒，克服了其他生物降解塑料耐熱溫度低的缺點;加工性能非常好，可在現有塑料加工通用設備上進行各類成型加工，是目前降解塑料加工性能好的。PBS還可以共混大量碳酸鈣、澱粉等填充物，得到價格低廉的製品，PBS生產可通過對現有通用聚酯生產設備略作改造進行，目前國內聚酯設備產能嚴重過剩，改造生產PBS為過剩聚酯設備提供了新的機遇。另外，PBS隻有在堆肥、水體等接觸特定微生物條件下才發生降解，在正常儲存和使用過程中性能非常穩定。PBS以脂肪族二元酸、二元醇為主要原料，既可以通過石油化工產品滿足需求，也可通過纖維素、奶業副產物、葡萄糖、果糖、乳糖等自然界可再生農作物產物，經生物發酵途徑生產，從而實現來自自然、回歸自然的綠色循環生產。而且其采用生物發酵工藝生產的原料，還可大幅降低原料成本，從而進一步降低PBS成本。 其他生物降解材料 杜邦公司和Tate&Lyle公司聯合開發了專有的發酵和提純工藝生產基於生物的1，3-丙二醇(PDO)。基於生物的1，3-丙二醇(PDO)將由杜邦公司生產，因此杜邦將投資1億美元在美國田納西州Loudon建設裝置，生產的PDO用於生產新型聚酯樹脂(聚對苯二甲酸丙二醇酯PTT)，商品名稱為Sorona。到2010年杜邦采用生物基資源生產這種產品至少占到25%。 德國Munster大學和McGill大學開發了生物途徑生產新一代生物降解聚合物聚硫酯的技術，這種生物降解聚合物比生物技術得到的聚合物聚羰基酯Biopol(主要用於*藥)性能又有改進。聚硫酯利用EscherichiaColi將巰基烷基酸轉化而成。 夏威夷大學的夏威夷天然能源學院開發了從食品廢料製造可生物降解聚合物聚羥丁酸酯(PH)工藝。新方法與ICI工藝相比，因原材料費用微不足道而大大廉價，ICI工藝過程需從純糖類和有機酸才能製取相關聚合物。新工藝采用厭氧分解食品廢物，釋放出乳酸和丁酸作為副產物，這些酸類從漿液中取出，並在含有磷酸鹽和硫酸鹽的營養液中通過矽酮膜擴散進入含Ralstoniaeutropha的充氣懸浮體中，這些將酸轉化為聚合物，包括PHB（PHB用離心分離得到）。如擴散膜由矽酮改為聚酯，被轉化的酸的比例就可調節，可產生較粘稠的可生物降解的聚合物聚3-羥基丁酸酯-3-羥基戊酸酯(PHBV)。采用該工藝，每100kg食品漿液可製取22kg聚合物。已有幾家公司擬采用該工藝，包括亞洲廢物管理公司。 美國農業部ARS環境質量實驗室的研究人員開發了一種由檸檬酸(一種農產品)和丙三醇(生物柴油生產的副產物)製備的生物降解聚合物。這種聚酯類聚合物的粘度可從塗料似的稠度到可緩慢溶化的玻璃狀產品。這種新型材料可為生物柴油工業副產品的丙三醇提供新的用途。 美國加州大學的化學家推出從碳水化合物和肽合成生物材料的設計新概念。這種設計概念采用單元組合途徑構築糖類-肽混合共聚物，作為高功能生物材料。ZhibinGuan領導的小組己從自然界存在基塊—糖和肽獲取了這類材料。這種糖類-肽混合共聚物具有生物降解性。羅納-普朗克(Rhone-Poulenc)公司發現了聚酰胺水解酶，可水解聚酰胺低聚物，可消化尼龍廢料，為生物法回收尼龍廢料打開了大門。 生物塑料在*學領域的應用 生物塑料在*療上用途頗廣。在骨折手術中，它可以充當骨骼間的承托物，它也會逐漸自行分解。*治破碎性骨折，*生通常使用不鏽鋼製做的螺母、螺釘、夾板和鑽孔器，把碎骨固定起來。這種方法的缺點是要做兩次手術，一次是植入這些不鏽鋼材料，一次是再把它們取出來。荷蘭科學家發明一種塑料，植入體內大約兩年便自行分解，變成二氧化碳和水。 還有一種線狀生物自毀塑料，可以代替傳統的*用外科手術線縫合傷口。這種塑料手術線，可被身體逐漸吸收，免除拆線之痛苦。此外，用生物自毀塑料製成的藥用膠囊，在體內會慢慢溶解，並且可控製進入血管的速度。 總之,隨著地球上各種資源的減少、生存環境的日益惡化，發展綠色**型生物塑料已經是大勢所趨。隨著人類對生存環境的日益關注，必將有力推動生物塑料的發展。相信行業有發展眼光的人士，會從中發掘蘊藏的無限商機。