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(xiàn)了部分或全部由玉米、甘蔗或纖維素等植物生物質(zhì)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(chǎn)出來，它們可被微生物等分解成各種代謝產(chǎn)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(shù)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(diào)研結(jié)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(chǎn)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(chǎn)的3.59億t傳統(tǒng)塑料(來源：Statista數(shù)據(jù)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(yè)的發(fā)展。研究顯示，生物塑料市場的發(fā)展有助于提升消費者的環(huán)保意識、增進品牌的環(huán)保理念，而產(chǎn)品的環(huán)保理念也將得到性能改進的及具有新功能的創(chuàng)新型生物塑料的支持，以及不斷開發(fā)的生物塑料產(chǎn)品及其應用的支持。

生物聚合物是紡織工業(yè)的未來市場。IfBB的統(tǒng)計數(shù)據(jù)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(chǎn)的6 660萬t 合成纖維相比，這一數(shù)字仍顯得微不足道。然而，紡織行業(yè)中，生物基聚合物的加工無需使用石油等這類對環(huán)境不利且稀缺而又昂貴的資源。因此，紡織業(yè)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(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)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(tǒng)塑料以外的領域。預計到2023年， PLA的產(chǎn)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(chǎn)能也有望增長。比較成功的PTT產(chǎn)品是杜邦公司的Sorona纖維。Sorona生物基聚合物的權(quán)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(tài)效益進行了廣泛宣傳：與生產(chǎn)PA 6相比，生產(chǎn)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(fā)展?jié)摿ΑＩ锘鵓A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(nèi)衣、地毯等產(chǎn)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(jīng)典纖維。國泰工業(yè)生物科技公司(中國)與歐瑞康化學纖維事業(yè)版塊——歐瑞康Barmag(瑞士)合作，研發(fā)使用生物聚合物制備纖維的最佳系統(tǒng)流程。目前，歐瑞康Barmag的部分客戶已獲得了使用Barmag系統(tǒng)生產(chǎn)生物塑料的豐富經(jīng)驗。PA 56和PLA等生物聚合物的生產(chǎn)已被列入重要議程，尤其是在全球生物塑料生產(chǎn)相對集中的中國和亞洲地區(qū)。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(xù)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(chǎn)并不是以犧牲食品供應為代價的。根據(jù)歐洲生物塑料協(xié)會提供的數(shù)據(jù)，目前全球有94%的可用耕地用于放牧、飼料和食品生產(chǎn)，2018年僅有0.02%的耕地用于生產(chǎn)生物質(zhì)以制備生物基塑料。然而，英國普利茅斯大學卻研究發(fā)現(xiàn)，這些生物塑料在環(huán)境中的分解速度并不比傳統(tǒng)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(tǒng)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(jīng)過為期3 a的研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在穩(wěn)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(huán)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(tǒng)中。

另有一種觀點對生物降解塑料的生態(tài)效益提出質(zhì)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(chǎn)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(huán)回收系統(tǒng)仍存在若干問題。

目前，生物塑料的相關(guān)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(tǒng)塑料的良好替代品。