生物基聚酯的發(fā)展及在非纖領(lǐng)域的應(yīng)用

市場(chǎng)發(fā)展現(xiàn)狀及機(jī)遇

與石化基聚合物相比，生物基聚合物的發(fā)展歷史還比較短，但近幾年，隨著新型聚合物的開(kāi)發(fā)、產(chǎn)品物理性能的改進(jìn)、供應(yīng)體系的完善以及相關(guān)鼓勵(lì)政策的出臺(tái)，這一產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)步推進(jìn)，產(chǎn)品應(yīng)用范圍逐漸擴(kuò)大，目前已涉及食品、飲料及化妝品容器等多個(gè)領(lǐng)域。但如果想進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)并在市場(chǎng)中大量使用，還需解決生產(chǎn)成本問(wèn)題。

根據(jù)目前的市場(chǎng)走勢(shì)，歐洲生物塑料協(xié)會(huì)（European Bio-plastics Organization）預(yù)計(jì)，未來(lái)幾年全球各級(jí)別生物聚合物的需求和供給量均將保持穩(wěn)定的年增長(zhǎng)率，并將在包裝、纖維、消費(fèi)性電子產(chǎn)品等領(lǐng)域擁有更加廣泛的應(yīng)用前景。

該協(xié)會(huì)預(yù)計(jì)，未來(lái)幾年，包裝行業(yè)仍將是生物基聚合物最大的應(yīng)用領(lǐng)域。但與此同時(shí)，薄膜、汽車(chē)和電子應(yīng)用的需求增長(zhǎng)不容小覷。以生物基聚對(duì)苯二甲酸乙二酯（PET）為例，飲料瓶領(lǐng)域的需求近年來(lái)迅速增加。預(yù)計(jì)這一領(lǐng)域的需求今后還會(huì)進(jìn)一步增加。日本豐田通商公司預(yù)測(cè)，到2015年，生物PET的使用量將擴(kuò)大到300萬(wàn)t以上。

德國(guó)Nova研究所最新發(fā)布的報(bào)告估計(jì)，2020年，全球生物基聚合物的產(chǎn)能將達(dá)到1 200萬(wàn)t，是2011年的 3 倍左右。屆時(shí)，生物基聚合物產(chǎn)量將占全球聚合物生產(chǎn)總量的3%。該報(bào)告同時(shí)還稱(chēng)，從現(xiàn)在起到2020年，生物基聚合物領(lǐng)域的大部分資本投資都將流入亞洲和南美，因?yàn)檫@些地方較容易獲取原料，而且政策規(guī)定對(duì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展相對(duì)更加有利。

根據(jù)這項(xiàng)研究，未來(lái)幾年增速最快的生物基聚合物主要為PET和聚乙烯（PE），以及新型聚合物聚乳酸（PLA）和對(duì)羥基脂肪酸酯（PHA）。生物基PET一直是開(kāi)發(fā)熱點(diǎn)。據(jù)預(yù)計(jì)，到2020年，將有500萬(wàn)t生物基PET以甘蔗提煉的乙醇生產(chǎn)。

從發(fā)展區(qū)域來(lái)看，四大生產(chǎn)區(qū)域 —— 亞洲、歐洲、北美和南美 —— 都將有所增長(zhǎng)，但歐洲和北美在全球產(chǎn)量中所占份額將有所萎縮。其中，歐洲的全球份額預(yù)計(jì)將從20%降至14%，而北美的份額將從15%降至13%；南美所占份額將從13%攀升至18%，從原來(lái)的第 4 位上升至第 2 位，而亞洲仍將擁有最大的產(chǎn)能，全球份額將從52%增至55%。目前，泰國(guó)、印度、臺(tái)灣、中國(guó)大陸和日本等已成為亞洲地區(qū)生物基聚合物發(fā)展最快的國(guó)家，而這一趨勢(shì)將在未來(lái)一段時(shí)期內(nèi)延續(xù)。

綠色包裝是國(guó)際環(huán)保發(fā)展趨勢(shì)的需要，同時(shí)也代表了各國(guó)包裝產(chǎn)業(yè)的發(fā)展潮流。與此相適應(yīng)，塑料軟包裝的綠色化已成為重要的發(fā)展趨勢(shì)。

可口可樂(lè)公司、福特汽車(chē)公司、亨氏（HJ Heinz）公司、耐克（NIKE）公司和寶潔（Procter & Gamble）公司于2012年6月宣布，聯(lián)合組建植物基PET技術(shù)合作聯(lián)盟（PTC），重點(diǎn)在其產(chǎn)品中加快開(kāi)發(fā)和利用100%植物基PET材料和纖維。PTC成員皆致力于研究和開(kāi)發(fā)由植物制成的PET的商業(yè)解決方案，并旨在推動(dòng)植物基聚合物共有的原則和標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)發(fā)，包括生命周期分析和通用術(shù)語(yǔ)的使用。這一協(xié)作構(gòu)建在可口可樂(lè)公司PlantBottle包裝技術(shù)成功的基礎(chǔ)之上，PlantBottle包裝材料采用了部分植物基聚合物，通過(guò)與傳統(tǒng)的PET塑料瓶相比，已被證明有較低的環(huán)境影響?？煽诳蓸?lè)公司承諾，2020年該公司所有的PET容器都將100%采用生物材料。目前，亨氏公司已從可口可樂(lè)公司獲技術(shù)許可，在美國(guó)和加拿大的亨氏番茄醬瓶中使用該材料。

技術(shù)進(jìn)展與應(yīng)用趨勢(shì)

在工業(yè)生物材料領(lǐng)域，重要的生物基聚酯產(chǎn)品主要包括PLA、聚對(duì)苯二甲酸丙二醇酯（PTT）、PHA、PET，其他以生物基多種羧酸和二元醇合成的熱塑性聚酯產(chǎn)品還包括聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯（PBT）、聚琥珀酸丁二醇酯（PBS）、聚對(duì)苯二甲酸丁二醇共聚琥珀酸丁二醇共聚物（PBST）等。

生物基PET

生物基PET是指以生物乙醇為原料生成乙二醇（MEG），然后利用乙二醇生產(chǎn)出來(lái)的PET，或者指采用植物對(duì)二甲苯衍生的對(duì)苯二甲酸，與生物乙醇生成的乙二醇制成的100%源于植物的PET。

近年來(lái)，以非糧食生物質(zhì)為原料制備生物基對(duì)二甲苯（PX）進(jìn)而合成生物PET逐漸成為研究開(kāi)發(fā)熱點(diǎn)，美國(guó)Virent公司、Gevo公司和Anellotech公司的商業(yè)性生產(chǎn)裝置預(yù)計(jì)都將在2015年前后投入運(yùn)行。目前100%綠色PET技術(shù)所面臨的挑戰(zhàn)主要集中在“如何使這些技術(shù)滿足商業(yè)化的生產(chǎn)規(guī)模要求”這一問(wèn)題上。

美國(guó)Virent 公司開(kāi)發(fā)了生產(chǎn)生物基對(duì)二甲苯的“BioformPXTM”工藝，與生物基乙二醇匹配制得可回收再利用的100%生物基聚酯，產(chǎn)品用于軟飲料包裝和纖維生產(chǎn)。

BioformPXTM技術(shù)是液相重整（APR）工藝與改進(jìn)后的常規(guī)催化技術(shù)的最佳組合。液相重整采用非均相工藝，反應(yīng)溫度450 ～ 575 K（K絕對(duì)溫度），反應(yīng)壓力為10 ～ 90 bar，以降低反應(yīng)物的氧含量。該技術(shù)主要由如下幾個(gè)步驟組成：原料部分、生物加工部分、芳烴化與分離和化工產(chǎn)品即聚酯部分。其制造流程如圖 1 所示。

原料價(jià)格制約著生物基產(chǎn)品的成本，Virent公司BioformPXTM技術(shù)可以使用多樣化、分布地域廣泛的生物質(zhì)原料，這是由于APR技術(shù)可以有效地處理各種常規(guī)的原料。APR使用的原料可以分為兩個(gè)類(lèi)別：①纖維素糖：包括甘蔗加工中副產(chǎn)的蔗渣、草類(lèi)、玉米秸稈、木材加工廢料和高品質(zhì)高粱；②常規(guī)原料：主要包括甜菜、甘蔗、玉米淀粉和甜高粱等。

美國(guó)Gevo公司使用棕櫚油為原料通過(guò)異丁醇合成生物基PX，進(jìn)而制得生物基PTA。其生物聚酯鏈工藝如圖 2所示。

目前，日本東麗公司已使用Gevo的生物基PX制得PTA，并利用生物乙二醇成功合成了100%的生物PET，產(chǎn)品性能據(jù)稱(chēng)與石油基聚酯相似。東麗將通過(guò)此次合作開(kāi)發(fā)生物基PET量產(chǎn)技術(shù)，并計(jì)劃推出商業(yè)化產(chǎn)品。

美國(guó)Anellotech 公司以廢置的木料、米秸殼、甘蔗或甘蔗渣等非糧食生物質(zhì)為原料，在無(wú)氧加熱條件下直接制備混二甲苯（BTX），進(jìn)而制得PTA和聚酯等化工系列產(chǎn)品。反應(yīng)裝置主要由氣體循環(huán)過(guò)程和催化環(huán)化系統(tǒng)兩部分組成，工藝過(guò)程緊湊，可在低壓條件下運(yùn)行，加上高效的催化系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)成本的優(yōu)化。Anellotech公司生物基聚酯的工藝流程如圖 3 所示。

以荷蘭催化劑技術(shù)公司Avantium開(kāi)發(fā)的YXY技術(shù)制備的生物基聚2，5-呋喃二甲酸乙二醇酯（PEF）與傳統(tǒng)PET性能相似，預(yù)計(jì)其商業(yè)化裝置在2015 — 2016年期間也可投入運(yùn)轉(zhuǎn)。呋喃是構(gòu)筑模塊化學(xué)品的基團(tuán)，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。目前，該公司正在積極開(kāi)發(fā)PEF瓶，以應(yīng)用于灌裝礦泉水、軟飲料、果汁、酒類(lèi)、食品、乳制品、化妝品、肥皂和洗滌劑等的包裝，并與包括可口可樂(lè)在內(nèi)一些領(lǐng)先品牌積極討論，共同開(kāi)發(fā)適用于他們產(chǎn)品的PEF瓶和薄膜等。長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，Avantium計(jì)劃將其YXY技術(shù)許可用于大規(guī)模、全球范圍內(nèi)生產(chǎn)，并使用其生物來(lái)源的塑料材料。

Copernic科學(xué)研究所最近的一項(xiàng)研究得出，與石油基PET相比，PEF的碳足跡要低50% ～ 60%。Avantium已完成了PEF完整的生命周期分析，目前正在驗(yàn)證現(xiàn)有的供應(yīng)和回收鏈的利用。

生物基PTT

從非再生能源消耗上看，生物基PDO比石油基低42%，比PG基低38%，其環(huán)境友好特征受到了消費(fèi)者的好評(píng)。DuPont（杜邦）公司位于美國(guó)田納西州Loude的工廠已形成了4.5萬(wàn)t/a生物基PDO的能力。圖 4 為利用生物基PDO制作PTT的技術(shù)路線。

近日，日本化學(xué)品與塑料生產(chǎn)商?hào)|麗工業(yè)株式會(huì)社表示，其部分基于生物材料的PBT產(chǎn)品即將進(jìn)行商用化。該公司稱(chēng)，其新推出的PBT將采用位于美國(guó)加州圣迭哥的生物化學(xué)品公司Genomatica開(kāi)發(fā)的生物基1，4-丁二醇（BDO）。東麗通過(guò)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試證明了其可行性。試驗(yàn)表明，這種聚合物的物理性能和成型性能相當(dāng)于由石油衍生的BDO制取的PBT，其模塑的原型件和石油基PBT模塑的部件性能基本一致。

東麗將在近期生產(chǎn)出新的PBT樣本，以建立起對(duì)這種部分生物基聚合物材料的需求。在獲得Genomatica公司的1，4-丁二醇穩(wěn)定供應(yīng)的許可后，其將對(duì)PBT進(jìn)行商業(yè)化銷(xiāo)售。

Genomatica公司的丁二醇工藝采用一種工程微生物進(jìn)行發(fā)酵和下游加工。該公司在2012年11月成功地商業(yè)化批量生產(chǎn)了500萬(wàn)磅（約2 268 t）聚合物中間體。盡管其他企業(yè)也開(kāi)發(fā)出了生產(chǎn)丁二醇的生物方法，但東麗自稱(chēng)是第一家采用Genomatica公司的工藝確認(rèn)丁二醇用途的企業(yè)。

朗盛也采用了Genomatica公司的生物基BDO成功進(jìn)行20 t PBT的生產(chǎn)。該P(yáng)BT裝置擁有年產(chǎn)能 8 萬(wàn)t，可直接應(yīng)用于汽車(chē)和電子領(lǐng)域，位于德國(guó)Hamm Uentrop。

PLA

生物基聚合物中，PLA最先被應(yīng)用于汽車(chē)、辦公設(shè)備及電子產(chǎn)品等領(lǐng)域。雖然之前在耐水解性、耐熱性、阻燃性、抗沖擊性及成型性等方面存在一些問(wèn)題，但隨著物性的不斷改善，其應(yīng)用范圍正在向著汽車(chē)內(nèi)裝部件及一體機(jī)外裝部件等之前難以涉足的領(lǐng)域推廣。此外，近幾年旨在降低其成本的技術(shù)開(kāi)發(fā)也不斷取得進(jìn)展。

日本理光公司和靜岡大學(xué)共同開(kāi)發(fā)的技術(shù)就是其中之一。這項(xiàng)“聚乳酸的無(wú)金屬低溫聚合技術(shù)”可安全、高品質(zhì)并且以低成本合成聚乳酸。在利用以往的普通聚合法合成聚乳酸時(shí)，通常需使用錫類(lèi)催化劑，在大約200 ℃的高溫環(huán)境下花費(fèi)數(shù)小時(shí)進(jìn)行合成。而該技術(shù)利用超臨界二氧化碳及有機(jī)分子催化劑，不僅無(wú)需使用有機(jī)溶劑和金屬催化劑，而且還可在40 ～ 60 ℃的低溫環(huán)境下，在15 min以?xún)?nèi)完成PLA的合成。并且，有機(jī)分子催化劑可以去除。因此，這項(xiàng)技術(shù)可在不使用有機(jī)溶劑及金屬催化劑的前提下，節(jié)能、低成本、安全地合成高純度、高質(zhì)量的PLA。目前，理光公司和靜岡大學(xué)已利用該技術(shù)成功連續(xù)合成了PLA（固體成分達(dá)到95%以上），并開(kāi)發(fā)出了耐熱性較高的立構(gòu)復(fù)合型PLA。除了工藝上更加環(huán)保、安全，該技術(shù)還使生產(chǎn)裝置更加緊湊化。

帝人集團(tuán)為適應(yīng)低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求，已經(jīng)開(kāi)展源自植物的環(huán)保型聚合物材料的開(kāi)發(fā)，開(kāi)發(fā)的 3 個(gè)自主品牌產(chǎn)品得到了廣泛應(yīng)用，其中E-Commute是PC/PLA合金，生物基原料含量達(dá)到25%；耐熱PLABIOFRONT中生物基原料含量可高達(dá)93%；源于植物的新型塑料PLANEXT則達(dá)到80%，目前該系列產(chǎn)品還處于研發(fā)階段。

同樣在PLA領(lǐng)域，日本東麗工業(yè)株式會(huì)社聲稱(chēng)已開(kāi)發(fā)出不添加昂貴溶劑的生物可降解PLA薄膜樹(shù)脂，該公司計(jì)劃在2014年對(duì)其實(shí)現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)，產(chǎn)品初步定位于農(nóng)用膜市場(chǎng)。目前，市場(chǎng)上的農(nóng)業(yè)薄膜多為聚乙烯材質(zhì)，如能用PLA這類(lèi)生物可降解聚合物來(lái)替代，非常有利于減少傳統(tǒng)塑料薄膜垃圾對(duì)環(huán)境造成的污染。

產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程中的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題

現(xiàn)階段，為減少和解決環(huán)境問(wèn)題，緩解能源壓力，生物基聚合物產(chǎn)品及其應(yīng)用開(kāi)發(fā)已成為國(guó)際能源和化學(xué)品領(lǐng)域的熱點(diǎn)。但要實(shí)現(xiàn)普遍推廣還存在很多問(wèn)題，不僅需要解決技術(shù)和性能上的短板，還需進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本，同時(shí)還應(yīng)盡快建立健全相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)體系。在我國(guó)，生物基聚合物無(wú)論是在加工技術(shù)還是后道的產(chǎn)品應(yīng)用上與發(fā)達(dá)國(guó)家相比均存在很大的差距，技術(shù)配套標(biāo)準(zhǔn)化程度較低，各類(lèi)生產(chǎn)技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)還需進(jìn)一步完善。

根據(jù)國(guó)務(wù)院2012年年底頒布的《生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》，到2020年生物產(chǎn)業(yè)將成為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，屆時(shí)產(chǎn)值預(yù)計(jì)將接近10萬(wàn)億元。這意味著，今后 7 年我國(guó)生物產(chǎn)業(yè)的年均增長(zhǎng)率將達(dá)到20%以上。如此大規(guī)模的增長(zhǎng)，需要相關(guān)產(chǎn)業(yè)探索出滿足市場(chǎng)需求、同時(shí)有利于健康長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的發(fā)展模式。

以荷蘭催化劑技術(shù)公司Avantium開(kāi)發(fā)的YXY技術(shù)制備的生物基聚2，5-呋喃二甲酸乙二醇酯（PEF）與傳統(tǒng)PET性能相似，預(yù)計(jì)其商業(yè)化裝置在2015 — 2016年期間也可投入運(yùn)轉(zhuǎn)。呋喃是構(gòu)筑模塊化學(xué)品的基團(tuán)，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。目前，該公司正在積極開(kāi)發(fā)PEF瓶，以應(yīng)用于灌裝礦泉水、軟飲料、果汁、酒類(lèi)、食品、乳制品、化妝品、肥皂和洗滌劑等的包裝，并與包括可口可樂(lè)在內(nèi)一些領(lǐng)先品牌積極討論，共同開(kāi)發(fā)適用于他們產(chǎn)品的PEF瓶和薄膜等。長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，Avantium計(jì)劃將其YXY技術(shù)許可用于大規(guī)模、全球范圍內(nèi)生產(chǎn)，并使用其生物來(lái)源的塑料材料。

Copernic科學(xué)研究所最近的一項(xiàng)研究得出，與石油基PET相比，PEF的碳足跡要低50% ～ 60%。Avantium已完成了PEF完整的生命周期分析，目前正在驗(yàn)證現(xiàn)有的供應(yīng)和回收鏈的利用。

生物基PTT

從非再生能源消耗上看，生物基PDO比石油基低42%，比PG基低38%，其環(huán)境友好特征受到了消費(fèi)者的好評(píng)。DuPont（杜邦）公司位于美國(guó)田納西州Loude的工廠已形成了4.5萬(wàn)t/a生物基PDO的能力。圖 4 為利用生物基PDO制作PTT的技術(shù)路線。

近日，日本化學(xué)品與塑料生產(chǎn)商?hào)|麗工業(yè)株式會(huì)社表示，其部分基于生物材料的PBT產(chǎn)品即將進(jìn)行商用化。該公司稱(chēng)，其新推出的PBT將采用位于美國(guó)加州圣迭哥的生物化學(xué)品公司Genomatica開(kāi)發(fā)的生物基1，4-丁二醇（BDO）。東麗通過(guò)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試證明了其可行性。試驗(yàn)表明，這種聚合物的物理性能和成型性能相當(dāng)于由石油衍生的BDO制取的PBT，其模塑的原型件和石油基PBT模塑的部件性能基本一致。

東麗將在近期生產(chǎn)出新的PBT樣本，以建立起對(duì)這種部分生物基聚合物材料的需求。在獲得Genomatica公司的1，4-丁二醇穩(wěn)定供應(yīng)的許可后，其將對(duì)PBT進(jìn)行商業(yè)化銷(xiāo)售。

Genomatica公司的丁二醇工藝采用一種工程微生物進(jìn)行發(fā)酵和下游加工。該公司在2012年11月成功地商業(yè)化批量生產(chǎn)了500萬(wàn)磅（約2 268 t）聚合物中間體。盡管其他企業(yè)也開(kāi)發(fā)出了生產(chǎn)丁二醇的生物方法，但東麗自稱(chēng)是第一家采用Genomatica公司的工藝確認(rèn)丁二醇用途的企業(yè)。

朗盛也采用了Genomatica公司的生物基BDO成功進(jìn)行20 t PBT的生產(chǎn)。該P(yáng)BT裝置擁有年產(chǎn)能 8 萬(wàn)t，可直接應(yīng)用于汽車(chē)和電子領(lǐng)域，位于德國(guó)Hamm Uentrop。

PLA

生物基聚合物中，PLA最先被應(yīng)用于汽車(chē)、辦公設(shè)備及電子產(chǎn)品等領(lǐng)域。雖然之前在耐水解性、耐熱性、阻燃性、抗沖擊性及成型性等方面存在一些問(wèn)題，但隨著物性的不斷改善，其應(yīng)用范圍正在向著汽車(chē)內(nèi)裝部件及一體機(jī)外裝部件等之前難以涉足的領(lǐng)域推廣。此外，近幾年旨在降低其成本的技術(shù)開(kāi)發(fā)也不斷取得進(jìn)展。

日本理光公司和靜岡大學(xué)共同開(kāi)發(fā)的技術(shù)就是其中之一。這項(xiàng)“聚乳酸的無(wú)金屬低溫聚合技術(shù)”可安全、高品質(zhì)并且以低成本合成聚乳酸。在利用以往的普通聚合法合成聚乳酸時(shí)，通常需使用錫類(lèi)催化劑，在大約200 ℃的高溫環(huán)境下花費(fèi)數(shù)小時(shí)進(jìn)行合成。而該技術(shù)利用超臨界二氧化碳及有機(jī)分子催化劑，不僅無(wú)需使用有機(jī)溶劑和金屬催化劑，而且還可在40 ～ 60 ℃的低溫環(huán)境下，在15 min以?xún)?nèi)完成PLA的合成。并且，有機(jī)分子催化劑可以去除。因此，這項(xiàng)技術(shù)可在不使用有機(jī)溶劑及金屬催化劑的前提下，節(jié)能、低成本、安全地合成高純度、高質(zhì)量的PLA。目前，理光公司和靜岡大學(xué)已利用該技術(shù)成功連續(xù)合成了PLA（固體成分達(dá)到95%以上），并開(kāi)發(fā)出了耐熱性較高的立構(gòu)復(fù)合型PLA。除了工藝上更加環(huán)保、安全，該技術(shù)還使生產(chǎn)裝置更加緊湊化。

帝人集團(tuán)為適應(yīng)低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求，已經(jīng)開(kāi)展源自植物的環(huán)保型聚合物材料的開(kāi)發(fā)，開(kāi)發(fā)的 3 個(gè)自主品牌產(chǎn)品得到了廣泛應(yīng)用，其中E-Commute是PC/PLA合金，生物基原料含量達(dá)到25%；耐熱PLABIOFRONT中生物基原料含量可高達(dá)93%；源于植物的新型塑料PLANEXT則達(dá)到80%，目前該系列產(chǎn)品還處于研發(fā)階段。

同樣在PLA領(lǐng)域，日本東麗工業(yè)株式會(huì)社聲稱(chēng)已開(kāi)發(fā)出不添加昂貴溶劑的生物可降解PLA薄膜樹(shù)脂，該公司計(jì)劃在2014年對(duì)其實(shí)現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)，產(chǎn)品初步定位于農(nóng)用膜市場(chǎng)。目前，市場(chǎng)上的農(nóng)業(yè)薄膜多為聚乙烯材質(zhì)，如能用PLA這類(lèi)生物可降解聚合物來(lái)替代，非常有利于減少傳統(tǒng)塑料薄膜垃圾對(duì)環(huán)境造成的污染。

產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程中的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題

現(xiàn)階段，為減少和解決環(huán)境問(wèn)題，緩解能源壓力，生物基聚合物產(chǎn)品及其應(yīng)用開(kāi)發(fā)已成為國(guó)際能源和化學(xué)品領(lǐng)域的熱點(diǎn)。但要實(shí)現(xiàn)普遍推廣還存在很多問(wèn)題，不僅需要解決技術(shù)和性能上的短板，還需進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本，同時(shí)還應(yīng)盡快建立健全相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)體系。在我國(guó)，生物基聚合物無(wú)論是在加工技術(shù)還是后道的產(chǎn)品應(yīng)用上與發(fā)達(dá)國(guó)家相比均存在很大的差距，技術(shù)配套標(biāo)準(zhǔn)化程度較低，各類(lèi)生產(chǎn)技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)還需進(jìn)一步完善。

根據(jù)國(guó)務(wù)院2012年年底頒布的《生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》，到2020年生物產(chǎn)業(yè)將成為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，屆時(shí)產(chǎn)值預(yù)計(jì)將接近10萬(wàn)億元。這意味著，今后 7 年我國(guó)生物產(chǎn)業(yè)的年均增長(zhǎng)率將達(dá)到20%以上。如此大規(guī)模的增長(zhǎng)，需要相關(guān)產(chǎn)業(yè)探索出滿足市場(chǎng)需求、同時(shí)有利于健康長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的發(fā)展模式。

以荷蘭催化劑技術(shù)公司Avantium開(kāi)發(fā)的YXY技術(shù)制備的生物基聚2，5-呋喃二甲酸乙二醇酯（PEF）與傳統(tǒng)PET性能相似，預(yù)計(jì)其商業(yè)化裝置在2015 — 2016年期間也可投入運(yùn)轉(zhuǎn)。呋喃是構(gòu)筑模塊化學(xué)品的基團(tuán)，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。目前，該公司正在積極開(kāi)發(fā)PEF瓶，以應(yīng)用于灌裝礦泉水、軟飲料、果汁、酒類(lèi)、食品、乳制品、化妝品、肥皂和洗滌劑等的包裝，并與包括可口可樂(lè)在內(nèi)一些領(lǐng)先品牌積極討論，共同開(kāi)發(fā)適用于他們產(chǎn)品的PEF瓶和薄膜等。長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，Avantium計(jì)劃將其YXY技術(shù)許可用于大規(guī)模、全球范圍內(nèi)生產(chǎn)，并使用其生物來(lái)源的塑料材料。

Copernic科學(xué)研究所最近的一項(xiàng)研究得出，與石油基PET相比，PEF的碳足跡要低50% ～ 60%。Avantium已完成了PEF完整的生命周期分析，目前正在驗(yàn)證現(xiàn)有的供應(yīng)和回收鏈的利用。

生物基PTT

從非再生能源消耗上看，生物基PDO比石油基低42%，比PG基低38%，其環(huán)境友好特征受到了消費(fèi)者的好評(píng)。DuPont（杜邦）公司位于美國(guó)田納西州Loude的工廠已形成了4.5萬(wàn)t/a生物基PDO的能力。圖 4 為利用生物基PDO制作PTT的技術(shù)路線。

近日，日本化學(xué)品與塑料生產(chǎn)商?hào)|麗工業(yè)株式會(huì)社表示，其部分基于生物材料的PBT產(chǎn)品即將進(jìn)行商用化。該公司稱(chēng)，其新推出的PBT將采用位于美國(guó)加州圣迭哥的生物化學(xué)品公司Genomatica開(kāi)發(fā)的生物基1，4-丁二醇（BDO）。東麗通過(guò)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試證明了其可行性。試驗(yàn)表明，這種聚合物的物理性能和成型性能相當(dāng)于由石油衍生的BDO制取的PBT，其模塑的原型件和石油基PBT模塑的部件性能基本一致。

東麗將在近期生產(chǎn)出新的PBT樣本，以建立起對(duì)這種部分生物基聚合物材料的需求。在獲得Genomatica公司的1，4-丁二醇穩(wěn)定供應(yīng)的許可后，其將對(duì)PBT進(jìn)行商業(yè)化銷(xiāo)售。

Genomatica公司的丁二醇工藝采用一種工程微生物進(jìn)行發(fā)酵和下游加工。該公司在2012年11月成功地商業(yè)化批量生產(chǎn)了500萬(wàn)磅（約2 268 t）聚合物中間體。盡管其他企業(yè)也開(kāi)發(fā)出了生產(chǎn)丁二醇的生物方法，但東麗自稱(chēng)是第一家采用Genomatica公司的工藝確認(rèn)丁二醇用途的企業(yè)。

朗盛也采用了Genomatica公司的生物基BDO成功進(jìn)行20 t PBT的生產(chǎn)。該P(yáng)BT裝置擁有年產(chǎn)能 8 萬(wàn)t，可直接應(yīng)用于汽車(chē)和電子領(lǐng)域，位于德國(guó)Hamm Uentrop。

PLA

生物基聚合物中，PLA最先被應(yīng)用于汽車(chē)、辦公設(shè)備及電子產(chǎn)品等領(lǐng)域。雖然之前在耐水解性、耐熱性、阻燃性、抗沖擊性及成型性等方面存在一些問(wèn)題，但隨著物性的不斷改善，其應(yīng)用范圍正在向著汽車(chē)內(nèi)裝部件及一體機(jī)外裝部件等之前難以涉足的領(lǐng)域推廣。此外，近幾年旨在降低其成本的技術(shù)開(kāi)發(fā)也不斷取得進(jìn)展。

日本理光公司和靜岡大學(xué)共同開(kāi)發(fā)的技術(shù)就是其中之一。這項(xiàng)“聚乳酸的無(wú)金屬低溫聚合技術(shù)”可安全、高品質(zhì)并且以低成本合成聚乳酸。在利用以往的普通聚合法合成聚乳酸時(shí)，通常需使用錫類(lèi)催化劑，在大約200 ℃的高溫環(huán)境下花費(fèi)數(shù)小時(shí)進(jìn)行合成。而該技術(shù)利用超臨界二氧化碳及有機(jī)分子催化劑，不僅無(wú)需使用有機(jī)溶劑和金屬催化劑，而且還可在40 ～ 60 ℃的低溫環(huán)境下，在15 min以?xún)?nèi)完成PLA的合成。并且，有機(jī)分子催化劑可以去除。因此，這項(xiàng)技術(shù)可在不使用有機(jī)溶劑及金屬催化劑的前提下，節(jié)能、低成本、安全地合成高純度、高質(zhì)量的PLA。目前，理光公司和靜岡大學(xué)已利用該技術(shù)成功連續(xù)合成了PLA（固體成分達(dá)到95%以上），并開(kāi)發(fā)出了耐熱性較高的立構(gòu)復(fù)合型PLA。除了工藝上更加環(huán)保、安全，該技術(shù)還使生產(chǎn)裝置更加緊湊化。

帝人集團(tuán)為適應(yīng)低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求，已經(jīng)開(kāi)展源自植物的環(huán)保型聚合物材料的開(kāi)發(fā)，開(kāi)發(fā)的 3 個(gè)自主品牌產(chǎn)品得到了廣泛應(yīng)用，其中E-Commute是PC/PLA合金，生物基原料含量達(dá)到25%；耐熱PLABIOFRONT中生物基原料含量可高達(dá)93%；源于植物的新型塑料PLANEXT則達(dá)到80%，目前該系列產(chǎn)品還處于研發(fā)階段。

同樣在PLA領(lǐng)域，日本東麗工業(yè)株式會(huì)社聲稱(chēng)已開(kāi)發(fā)出不添加昂貴溶劑的生物可降解PLA薄膜樹(shù)脂，該公司計(jì)劃在2014年對(duì)其實(shí)現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)，產(chǎn)品初步定位于農(nóng)用膜市場(chǎng)。目前，市場(chǎng)上的農(nóng)業(yè)薄膜多為聚乙烯材質(zhì)，如能用PLA這類(lèi)生物可降解聚合物來(lái)替代，非常有利于減少傳統(tǒng)塑料薄膜垃圾對(duì)環(huán)境造成的污染。

產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程中的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題

現(xiàn)階段，為減少和解決環(huán)境問(wèn)題，緩解能源壓力，生物基聚合物產(chǎn)品及其應(yīng)用開(kāi)發(fā)已成為國(guó)際能源和化學(xué)品領(lǐng)域的熱點(diǎn)。但要實(shí)現(xiàn)普遍推廣還存在很多問(wèn)題，不僅需要解決技術(shù)和性能上的短板，還需進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本，同時(shí)還應(yīng)盡快建立健全相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)體系。在我國(guó)，生物基聚合物無(wú)論是在加工技術(shù)還是后道的產(chǎn)品應(yīng)用上與發(fā)達(dá)國(guó)家相比均存在很大的差距，技術(shù)配套標(biāo)準(zhǔn)化程度較低，各類(lèi)生產(chǎn)技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)還需進(jìn)一步完善。

根據(jù)國(guó)務(wù)院2012年年底頒布的《生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》，到2020年生物產(chǎn)業(yè)將成為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，屆時(shí)產(chǎn)值預(yù)計(jì)將接近10萬(wàn)億元。這意味著，今后 7 年我國(guó)生物產(chǎn)業(yè)的年均增長(zhǎng)率將達(dá)到20%以上。如此大規(guī)模的增長(zhǎng)，需要相關(guān)產(chǎn)業(yè)探索出滿足市場(chǎng)需求、同時(shí)有利于健康長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的發(fā)展模式。