生物降解材料大規(guī)模應(yīng)用前景樂(lè)觀

隨著能源漲價(jià)以及環(huán)境問(wèn)題的日益凸顯，世界范圍內(nèi)可降解生物材料替代傳統(tǒng)石油產(chǎn)品的步伐呈現(xiàn)出逐步加快的趨勢(shì)，預(yù)計(jì)政府還將出臺(tái)相應(yīng)的優(yōu)惠政策和法律法規(guī)，鼓勵(lì)市場(chǎng)應(yīng)用，生物降解材料的大規(guī)模應(yīng)用前景樂(lè)觀。

生物降解材料包括用生物技術(shù)直接制取的高分子材料，如聚羥基脂肪酸酯（pha）等；用生物技術(shù)制取的原料再經(jīng)聚合得到的一類(lèi)材料，如聚乳酸（pla）、聚丁二酸丁二醇酯（pbs）、聚氨基酸等；此外還有淀粉基生物降解塑料、二氧化碳共聚物脂肪族聚碳酸酯（apc）等。

在眾多生物降解材料中，pla、pha、pbs是近年來(lái)生物材料研究的熱點(diǎn)，連同淀粉基生物降解塑料一起成為當(dāng)前國(guó)際生物降解塑料的主流技術(shù)，目前技術(shù)相對(duì)成熟、產(chǎn)業(yè)化規(guī)模較大，也是市場(chǎng)消費(fèi)的主要品種。

淀粉基生物降解塑料

淀粉基生物降解塑料，是淀粉經(jīng)過(guò)改性、接枝反應(yīng)后與其他聚合物共混加工而成的一種塑料產(chǎn)品，在工業(yè)上可以代替一般通用塑料等，可以用作包裝材料，防震材料，地膜，食品容器，玩具等。

淀粉基生物降解塑料已有30年的研發(fā)歷史，是研發(fā)歷史最久、技術(shù)最成熟、產(chǎn)業(yè)化規(guī)模最大、市場(chǎng)占有率最高的一種生物降解塑料。淀粉與pe、pp、pva、pcl、pla等聚合物共混粒料已批量生產(chǎn)。

國(guó)外淀粉基塑料產(chǎn)品生產(chǎn)商主要有意大利的novamont公司、美國(guó)的warner-lambert公司和德國(guó)的biotec公司。我國(guó)積極研發(fā)并產(chǎn)業(yè)化的單位主要有中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所、中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所、江西科學(xué)院、北京理工大學(xué)、華南理工大學(xué)、天津大學(xué)比澳格(南京)環(huán)保材料有限公司、廣東上九生物降解塑料有限公司、廣州優(yōu)寶生物科技有限公司、浙江天示生態(tài)科技有限公司、中京科林新材料(深圳)有限公司、武漢華麗科技有限公司、哈爾濱綠環(huán)降解塑料有限公司、黑龍江綏化綠環(huán)降解塑料有限公司、煙臺(tái)萬(wàn)利達(dá)環(huán)保材料有限公司等。

國(guó)內(nèi)最大的生產(chǎn)廠家是武漢華麗和比澳格(南京)。武漢華麗預(yù)計(jì)產(chǎn)銷(xiāo)規(guī)模10萬(wàn)噸，比澳格(南京)現(xiàn)已形成數(shù)萬(wàn)噸淀粉基塑料規(guī)模。其他幾個(gè)大型企業(yè)均達(dá)到年產(chǎn)萬(wàn)噸級(jí)生產(chǎn)規(guī)模，總產(chǎn)量占到我國(guó)生物降解塑料產(chǎn)量的60%以上，并出口日本、韓國(guó)、馬來(lái)西亞、澳大利亞、美國(guó)歐盟等國(guó)家。

聚乳酸生物塑料（pla）

pla是以乳酸為原料聚合生成的高分子材料，具有無(wú)毒、無(wú)刺激性、強(qiáng)度高、易加工成型和優(yōu)良的生物相容性等特點(diǎn)，制品在使用后可完全降解，因此，pla是一種能真正達(dá)到生態(tài)和經(jīng)濟(jì)雙重效應(yīng)的生物環(huán)保材料，是近年來(lái)開(kāi)發(fā)研究最活躍、發(fā)展最快的生物降解塑料。

pla可用于一次性飯盒以及其他各種食品、飲料外包裝材料；適合加工成高附加值薄膜，取代目前易破碎的農(nóng)用地膜；在生物醫(yī)用材料中可用于醫(yī)用縫合線、藥物控釋載體、骨科內(nèi)固定材料、組織工程支架等。

目前世界pla生產(chǎn)商有近20家，主要集中在美國(guó)、德國(guó)、日本和中國(guó)。美國(guó)natureworks公司是目前世界上最大的pla生產(chǎn)廠家，年產(chǎn)能達(dá)到14萬(wàn)噸，其以玉米等谷物為原料，通過(guò)發(fā)酵得到乳酸，再聚合生產(chǎn)生物降解塑料聚乳酸。該公司計(jì)劃在亞洲建設(shè)其第二個(gè)pla生產(chǎn)基地，規(guī)模同樣為14萬(wàn)噸/年，目前正在對(duì)泰國(guó)、馬來(lái)西亞、中國(guó)3個(gè)國(guó)家的pla原料來(lái)源及市場(chǎng)增長(zhǎng)前景進(jìn)行評(píng)估。

在聚乳酸產(chǎn)能和消耗量都不斷擴(kuò)張的同時(shí)，聚乳酸的應(yīng)用日益走向成熟。2010年，全球pla總生產(chǎn)能力約為18萬(wàn)噸/年，與2009年的15.7萬(wàn)噸/年相比，凈增加2.3萬(wàn)噸，提高了14.6%。2010年全球pla消費(fèi)量約12萬(wàn)噸（純樹(shù)脂），需求以西歐、北美為主，亞洲的消費(fèi)量正在不斷增長(zhǎng)。目前，pla的主要消費(fèi)領(lǐng)域是包裝材料，占總消費(fèi)量的65%左右；其次為生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，約占總消費(fèi)量的26%。

2007年開(kāi)始，我國(guó)聚乳酸貿(mào)易頻繁。在產(chǎn)業(yè)化初期，由于國(guó)外聚乳酸下游應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展成熟且應(yīng)用范圍廣泛、市場(chǎng)消費(fèi)大，我國(guó)聚乳酸大部分出口到國(guó)外，其價(jià)格也受?chē)?guó)外聚乳酸行業(yè)價(jià)格的制約。但近幾年隨著國(guó)內(nèi)應(yīng)用市場(chǎng)的不斷擴(kuò)大及需求量快速提升，我國(guó)聚乳酸的進(jìn)口量逐年遞增，同時(shí)出口量快速下降。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)掀起了pla項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)熱潮，2010年，我國(guó)很多玉米深加工企業(yè)或生物化工企業(yè)都計(jì)劃步入聚乳酸的行列。截至2011年3月，國(guó)內(nèi)pla年產(chǎn)能達(dá)到1.2萬(wàn)噸左右，規(guī)劃產(chǎn)能約為14萬(wàn)噸/年。國(guó)內(nèi)最大的生產(chǎn)企業(yè)是浙江海正生物材料股份有限公司，產(chǎn)能5000噸。從2007年開(kāi)始，隨著國(guó)內(nèi)工業(yè)級(jí)聚乳酸生產(chǎn)裝置建成投產(chǎn)，國(guó)產(chǎn)聚乳酸產(chǎn)品逐漸投放市場(chǎng)，市場(chǎng)價(jià)格逐步下降，目前平均售價(jià)約在2.1萬(wàn)元/噸左右。

聚丁二酸丁二醇酯（pbs）

聚丁二酸丁二醇酯由丁二酸和丁二醇經(jīng)縮聚而得，是目前世界公認(rèn)的綜合性能最好的生物降解塑料。由于pbs綜合性能優(yōu)異，性?xún)r(jià)比合理，用途極為廣泛，可用于包裝、餐具、化妝品瓶及藥品瓶、一次性醫(yī)療用品、農(nóng)用薄膜、農(nóng)藥及化肥緩釋材料、生物醫(yī)用高分子材料等領(lǐng)域。

目前，全球能夠產(chǎn)業(yè)化并且已經(jīng)市場(chǎng)化生產(chǎn)pbs的國(guó)家只有美國(guó)和日本，日本昭和高分子公司和美國(guó)eastman公司建有規(guī)模分別為5000噸/年和15000噸/年的生產(chǎn)裝置。

我國(guó)pbs產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程在積極推進(jìn)中。2007年，杭州鑫富藥業(yè)公司建成2萬(wàn)噸/年pbs生產(chǎn)線。2008年，邗江格雷絲高分子材料有限公司建成2萬(wàn)噸/年的pbs生產(chǎn)線。海爾工程塑料中心、上海申花集團(tuán)、福建恒安集團(tuán)等企業(yè)對(duì)pbs在一次性包裝用品、衛(wèi)生用品、餐具等領(lǐng)域的應(yīng)用和推廣進(jìn)行了有效開(kāi)拓。上海申花集團(tuán)pbs制品已經(jīng)面市，改性材料、擠出片材已經(jīng)小批量出口韓國(guó)。廣東金發(fā)公司已建成年產(chǎn)1000噸/年生產(chǎn)線，安徽安慶和興化工和清華大學(xué)合作也已籌建5000噸/年規(guī)模生產(chǎn)線。

國(guó)內(nèi)pbs的工業(yè)化生產(chǎn)仍然采用石油基丁二酸和丁二醇，其合成工藝有待改進(jìn)。需要通過(guò)微生物發(fā)酵法生產(chǎn)丁二酸單體，改善pbs產(chǎn)品性能，降低對(duì)石化資源的依賴(lài)。但是微生物發(fā)酵法制備pbs單體需具有經(jīng)濟(jì)可行性，才能推進(jìn)生物基丁二酸單體生產(chǎn)pbs的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

微生物合成聚羥基脂肪酸酯

聚羥基脂肪酸酯屬于天然高分子聚酯，是很多細(xì)菌在特定條件下合成的一種細(xì)胞內(nèi)聚酯。已有超過(guò)90個(gè)屬的細(xì)菌被發(fā)現(xiàn)可以合成超過(guò)150種以上不同結(jié)構(gòu)的pha。目前已經(jīng)商品化的pha產(chǎn)品主要有聚羥基丁酸（phb）、羥基丁酸與羥基戊酸的共聚物（phbv）和羥基丁酸與羥基己酸的共聚物（phbhhx）。

目前國(guó)外已經(jīng)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的pha只有phb以及phbv，分別由奧地利林茨化學(xué)公司和英國(guó)帝國(guó)化學(xué)工業(yè)公司在上世紀(jì)80年代實(shí)施。美國(guó)從事生物塑料研發(fā)的metabolix公司和農(nóng)產(chǎn)品巨頭阿徹丹尼爾米德蘭（adm）公司將建成產(chǎn)能為5萬(wàn)噸/年的pha生產(chǎn)裝置。意大利bio-on公司在生物塑料研發(fā)領(lǐng)域還與糖類(lèi)生產(chǎn)商co.pro.b公司合作開(kāi)發(fā)甜菜制備生物塑料聚羥基烷基酸酯的生產(chǎn)技術(shù)，并計(jì)劃建設(shè)1萬(wàn)噸/年的生產(chǎn)裝置。telles公司在美國(guó)愛(ài)荷華州的clinton擁有5萬(wàn)噸/年mirepha樹(shù)脂生產(chǎn)裝置。

我國(guó)pha研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化趨勢(shì)處于世界的前沿，其中有清華大學(xué)、中科院微生物所、長(zhǎng)春應(yīng)化所、汕頭大學(xué)、天津國(guó)韻生物科技公司、寧波天安生物材料公司、廣東聯(lián)億生物工程公司和江蘇南天集團(tuán)等多家從事pha生產(chǎn)和研發(fā)的單位，預(yù)計(jì)未來(lái)我國(guó)將成為世界上生產(chǎn)pha品種最全，產(chǎn)量最多的國(guó)家。