欧瑞康：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，目前已出现了部分或全部由玉米、甘蔗或纤维素等植物生物质制备的生物基塑料；另一方面，可生物降解的聚合物也已被生产出来，它们可被微生物等分解成各种代谢产物。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，生物塑料是一个名副其实的大杂烩家族(图1)。

图1 生物塑料的分类及其特性

汉诺威应用科学与艺术大学生物塑料和生物复合材料研究所(IfBB)目前进行的市场调研结果显示，生物基塑料将具有良好的前景。研究人员预测，2018—2023年，全球生物基塑料的产量将从261万t增至435万t，每年增幅超过10%。然而，与2018年生产的3.59亿t传统塑料(来源：Statista数据库)和6 660万t合成纤维(来源：TheFiberYear2019)相比，仍显得微不足道。迄今为止，低廉的石油价格、不积极的政策支持、有限的市场准入以及昂贵的制造工艺成本正阻碍着生物塑料行业的发展。研究显示，生物塑料市场的发展有助于提升消费者的环保意识、增进品牌的环保理念，而产品的环保理念也将得到性能改进的及具有新功能的创新型生物塑料的支持，以及不断开发的生物塑料产品及其应用的支持。

生物聚合物是纺织工业的未来市场。IfBB的统计数据显示，2018年，中国纺织领域生物聚合物的使用量为25.2万t，排名第二，仅次于占主导地位的包装应用(总量略低于186万t)。但与同期生产的6 660万t 合成纤维相比，这一数字仍显得微不足道。然而，纺织行业中，生物基聚合物的加工无需使用石油等这类对环境不利且稀缺而又昂贵的资源。因此，纺织业也会越来越多地考虑使用生物基替代品。目前，生物基聚合物聚乳酸(PLA)已成功实现工业化生产了很长一段时间。PLA由乳酸、玉米或木薯淀粉缩聚而成，属于完全生物基可降解材料。除用于包装领域外，PLA还用于制作纺黏制品，作为填充纤维或制作贴身穿着的服装。与聚酯(PET)相比，PLA除具有更好的放湿性和良好的水分平衡能力，还具有一定的抗菌特性。PLA的主要制造商位于美国、荷兰、德国和中国。专家预测，市场对生物基聚合物的需求将增长，因为它们能应用于传统塑料以外的领域。预计到2023年， PLA的产能将翻一番。用于地毯和其他纺织品的生物基、不可生物降解的聚对苯二甲酸1，3丙二醇酯(PTT)的产能也有望增长。比较成功的PTT产品是杜邦公司的Sorona纤维。Sorona生物基聚合物的权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，非常柔软、耐用和耐污。Sorona纤维的应用也包括地毯、服装和汽车纺织品等领域。杜邦公司也对该纤维的生态效益进行了广泛宣传：与生产PA 6相比，生产Sorona纤维可减少30%的能源消耗，温室气体排放量也减少63%。与PA 66相比，Sorona纤维的能源消耗量和温室气体排放量分别可减少40%和56%。

PA 56也具有较大的发展潜力。生物基PA材料以淀粉为原料制备。PA 56纤维，如国泰生物科技公司的Terryl，可用于运动服装、内衣、地毯等产品的加工。这种纤维纺丝性能好，具有良好的力学性能，其织物穿着舒适性好，耐热性和吸湿性甚至超过经典纤维。国泰工业生物科技公司(中国)与欧瑞康化学纤维事业版块——欧瑞康Barmag(瑞士)合作，研发使用生物聚合物制备纤维的最佳系统流程。目前，欧瑞康Barmag的部分客户已获得了使用Barmag系统生产生物塑料的丰富经验。PA 56和PLA等生物聚合物的生产已被列入重要议程，尤其是在全球生物塑料生产相对集中的中国和亚洲地区。消费者对生物基纱线的兴趣日益浓厚，换言之，消费者对可持续服装的要求越来越高。

与大众普遍的观点相反，生物基材料的生产并不是以牺牲食品供应为代价的。根据欧洲生物塑料协会提供的数据，目前全球有94%的可用耕地用于放牧、饲料和食品生产，2018年仅有0.02%的耕地用于生产生物质以制备生物基塑料。然而，英国普利茅斯大学却研究发现，这些生物塑料在环境中的分解速度并不比传统塑料快。他们研究比较了由各种塑料材料制成的购物袋，如由聚乙烯(PE)制成的传统购物袋、可生物降解购物袋、可堆肥购物袋以及可氧化降解的购物袋——一种在没有紫外线、热量或氧气的情况下(不完全)仍可降解的购物袋。经过为期3 a的研究，结果发现，在稳定的试验条件下，无论是在陆地还是海洋中，只有可堆肥购物袋在陆地环境中失去部分坚牢性，并于3个月后在海洋中完全分解。然而，目前尚不清楚微小的塑料残留物是否会被排放到水系统中。

另有一种观点对生物降解塑料的生态效益提出质疑：这类材料很难回收，甚至是不可能回收的，而且由于它们的抗撕裂性较差，不适合用作包装材料。此外，生物塑料废弃物的产生，增加了分类所需的时间和精力。因此，生物塑料的处置对纳入有意义的闭环回收系统仍存在若干问题。

目前，生物塑料的相关研究项目正在进行当中。值得一提的是，无论是生物基的生物塑料还是生物可降解生物塑料，都有足够的潜力在未来成为传统塑料的良好替代品。