歐瑞康：有前景的生物基塑料
——可降解材料不一定是生物材料

生物基塑料不一定是生物材料。原因是：一方面，目前已出現了部分或全部由玉米、甘蔗或纖維素等植物生物質制備的生物基塑料；另一方面，可生物降解的聚合物也已被生產出來，它們可被微生物等分解成各種代謝產物。然而，生物基塑料不一定是可生物降解的。相反，也有由化石原料制成的可生物降解聚合物。由此可知，生物塑料是一個名副其實的大雜燴家族(圖1)。

圖1 生物塑料的分類及其特性

漢諾威應用科學與藝術大學生物塑料和生物復合材料研究所(IfBB)目前進行的市場調研結果顯示，生物基塑料將具有良好的前景。研究人員預測，2018—2023年，全球生物基塑料的產量將從261萬t增至435萬t，每年增幅超過10%。然而，與2018年生產的3.59億t傳統塑料(來源：Statista數據庫)和6 660萬t合成纖維(來源：TheFiberYear2019)相比，仍顯得微不足道。迄今為止，低廉的石油價格、不積極的政策支持、有限的市場準入以及昂貴的制造工藝成本正阻礙著生物塑料行業的發展。研究顯示，生物塑料市場的發展有助于提升消費者的環保意識、增進品牌的環保理念，而產品的環保理念也將得到性能改進的及具有新功能的創新型生物塑料的支持，以及不斷開發的生物塑料產品及其應用的支持。

生物聚合物是紡織工業的未來市場。IfBB的統計數據顯示，2018年，中國紡織領域生物聚合物的使用量為25.2萬t，排名第二，僅次于占主導地位的包裝應用(總量略低于186萬t)。但與同期生產的6 660萬t 合成纖維相比，這一數字仍顯得微不足道。然而，紡織行業中，生物基聚合物的加工無需使用石油等這類對環境不利且稀缺而又昂貴的資源。因此，紡織業也會越來越多地考慮使用生物基替代品。目前，生物基聚合物聚乳酸(PLA)已成功實現工業化生產了很長一段時間。PLA由乳酸、玉米或木薯淀粉縮聚而成，屬于完全生物基可降解材料。除用于包裝領域外，PLA還用于制作紡黏制品，作為填充纖維或制作貼身穿著的服裝。與聚酯(PET)相比，PLA除具有更好的放濕性和良好的水分平衡能力，還具有一定的抗菌特性。PLA的主要制造商位于美國、荷蘭、德國和中國。專家預測，市場對生物基聚合物的需求將增長，因為它們能應用于傳統塑料以外的領域。預計到2023年， PLA的產能將翻一番。用于地毯和其他紡織品的生物基、不可生物降解的聚對苯二甲酸1，3丙二醇酯(PTT)的產能也有望增長。比較成功的PTT產品是杜邦公司的Sorona纖維。Sorona生物基聚合物的權重占每年可再生植物基原料的37%。它具有PET和聚酰胺(PA)的特性，非常柔軟、耐用和耐污。Sorona纖維的應用也包括地毯、服裝和汽車紡織品等領域。杜邦公司也對該纖維的生態效益進行了廣泛宣傳：與生產PA 6相比，生產Sorona纖維可減少30%的能源消耗，溫室氣體排放量也減少63%。與PA 66相比，Sorona纖維的能源消耗量和溫室氣體排放量分別可減少40%和56%。

PA 56也具有較大的發展潛力。生物基PA材料以淀粉為原料制備。PA 56纖維，如國泰生物科技公司的Terryl，可用于運動服裝、內衣、地毯等產品的加工。這種纖維紡絲性能好，具有良好的力學性能，其織物穿著舒適性好，耐熱性和吸濕性甚至超過經典纖維。國泰工業生物科技公司(中國)與歐瑞康化學纖維事業版塊——歐瑞康Barmag(瑞士)合作，研發使用生物聚合物制備纖維的最佳系統流程。目前，歐瑞康Barmag的部分客戶已獲得了使用Barmag系統生產生物塑料的豐富經驗。PA 56和PLA等生物聚合物的生產已被列入重要議程，尤其是在全球生物塑料生產相對集中的中國和亞洲地區。消費者對生物基紗線的興趣日益濃厚，換言之，消費者對可持續服裝的要求越來越高。

與大眾普遍的觀點相反，生物基材料的生產并不是以犧牲食品供應為代價的。根據歐洲生物塑料協會提供的數據，目前全球有94%的可用耕地用于放牧、飼料和食品生產，2018年僅有0.02%的耕地用于生產生物質以制備生物基塑料。然而，英國普利茅斯大學卻研究發現，這些生物塑料在環境中的分解速度并不比傳統塑料快。他們研究比較了由各種塑料材料制成的購物袋，如由聚乙烯(PE)制成的傳統購物袋、可生物降解購物袋、可堆肥購物袋以及可氧化降解的購物袋——一種在沒有紫外線、熱量或氧氣的情況下(不完全)仍可降解的購物袋。經過為期3 a的研究，結果發現，在穩定的試驗條件下，無論是在陸地還是海洋中，只有可堆肥購物袋在陸地環境中失去部分堅牢性，并于3個月后在海洋中完全分解。然而，目前尚不清楚微小的塑料殘留物是否會被排放到水系統中。

另有一種觀點對生物降解塑料的生態效益提出質疑：這類材料很難回收，甚至是不可能回收的，而且由于它們的抗撕裂性較差，不適合用作包裝材料。此外，生物塑料廢棄物的產生，增加了分類所需的時間和精力。因此，生物塑料的處置對納入有意義的閉環回收系統仍存在若干問題。

目前，生物塑料的相關研究項目正在進行當中。值得一提的是，無論是生物基的生物塑料還是生物可降解生物塑料，都有足夠的潛力在未來成為傳統塑料的良好替代品。