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(lái)，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(gè)名副其實(shí)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(yīng)用科學(xué)與藝術(shù)大學(xué)生物塑料和生物復(fù)合材料研究所(IfBB)目前進(jìn)行的市場(chǎng)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(yù)測(cè)，2018—2023年，全球生物基塑料的產(chǎn)量將從261萬(wàn)t增至435萬(wàn)t，每年增幅超過(guò)10%。然而，與2018年生產(chǎn)的3.59億t傳統(tǒng)塑料(來(lái)源：Statista數(shù)據(jù)庫(kù))和6 660萬(wàn)t合成纖維(來(lái)源：TheFiberYear2019)相比，仍顯得微不足道。迄今為止，低廉的石油價(jià)格、不積極的政策支持、有限的市場(chǎng)準(zhǔn)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(chǎng)的發(fā)展有助于提升消費(fèi)者的環(huán)保意識(shí)、增進(jìn)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(jìn)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(yīng)用的支持。

生物聚合物是紡織工業(yè)的未來(lái)市場(chǎng)。IfBB的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2018年，中國(guó)紡織領(lǐng)域生物聚合物的使用量為25.2萬(wàn)t，排名第二，僅次于占主導(dǎo)地位的包裝應(yīng)用(總量略低于186萬(wàn)t)。但與同期生產(chǎn)的6 660萬(wàn)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(wú)需使用石油等這類對(duì)環(huán)境不利且稀缺而又昂貴的資源。因此，紡織業(yè)也會(huì)越來(lái)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(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)了很長(zhǎng)一段時(shí)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(lǐng)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(guó)、荷蘭、德國(guó)和中國(guó)。專家預(yù)測(cè)，市場(chǎng)對(duì)生物基聚合物的需求將增長(zhǎng)，因?yàn)樗鼈兡軕?yīng)用于傳統(tǒng)塑料以外的領(lǐng)域。預(yù)計(jì)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(duì)苯二甲酸1，3丙二醇酯(PTT)的產(chǎn)能也有望增長(zhǎng)。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(yīng)用也包括地毯、服裝和汽車紡織品等領(lǐng)域。杜邦公司也對(duì)該纖維的生態(tài)效益進(jìn)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?。生物基PA材料以淀粉為原料制備。PA 56纖維，如國(guó)泰生物科技公司的Terryl，可用于運(yùn)動(dòng)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(xué)性能，其織物穿著舒適性好，耐熱性和吸濕性甚至超過(guò)經(jīng)典纖維。國(guó)泰工業(yè)生物科技公司(中國(guó))與歐瑞康化學(xué)纖維事業(yè)版塊——?dú)W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(yàn)。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(duì)集中的中國(guó)和亞洲地區(qū)。消費(fèi)者對(duì)生物基紗線的興趣日益濃厚，換言之，消費(fèi)者對(duì)可持續(xù)服裝的要求越來(lái)越高。

與大眾普遍的觀點(diǎn)相反，生物基材料的生產(chǎn)并不是以犧牲食品供應(yīng)為代價(jià)的。根據(jù)歐洲生物塑料協(xié)會(huì)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(guó)普利茅斯大學(xué)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(gòu)物袋，如由聚乙烯(PE)制成的傳統(tǒng)購(gòu)物袋、可生物降解購(gòu)物袋、可堆肥購(gòu)物袋以及可氧化降解的購(gòu)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(gòu)物袋。經(jīng)過(guò)為期3 a的研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在穩(wěn)定的試驗(yàn)條件下，無(wú)論是在陸地還是海洋中，只有可堆肥購(gòu)物袋在陸地環(huán)境中失去部分堅(jiān)牢性，并于3個(gè)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(huì)被排放到水系統(tǒng)中。

另有一種觀點(diǎn)對(duì)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(shí)間和精力。因此，生物塑料的處置對(duì)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(xiàng)目正在進(jìn)行當(dāng)中。值得一提的是，無(wú)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(lái)成為傳統(tǒng)塑料的良好替代品。