【力美新材料】生物塑料的應用與發展

廣東力美新材料科技有限公司是一家集高性能工程塑料研發、制造及銷售于一體的國家高新科技企業，公司從事生物基材料,谷物纖維復合新材料，竹纖維復合新材料，木纖維復合新材料，茶纖維復合新材料，咖啡渣纖維復合新材料，功能母粒的最終開發解決方案。

由于石油和汽油價格低廉，許多公司會選擇通過降低成本來提升利潤，而棄用實際上更加環保的創新技術，這樣的現狀不利于生物基和生物可降解塑料的發展。盡管如此，生物塑料的市場需求仍在增長，投資也在繼續涌入。這是因為，該材料符合企業發展的愿景，并且在可持續發展政策的背景下，具有功能多元化、論據正確性和方案優越性的特點。

為什么越來越多的公司和國家都看好生物塑料？驅動其發展的原因是什么？該材料的兩個突出特性就足以回答這些問題。一方面，生物塑料的來源是可再生原材料;另一方面，生物塑料具有生物可降解能力，后者更是作為其主要特性。這兩個特性彼此獨立，方向不同，并且各自的代表材料相互間沒有競爭性。一言以蔽之的“生物塑料”顯得有些武斷，且容易引起混淆。而這兩個特性都具有極其重要的意義。

生物塑料

 在特定的聚合物范疇里，生物基含量為30%的PET在產能和市場方面算是處于領先地位的杰出代表。Nova研究所已經公布了全球生物塑料近年間產能發展情況的專業數據，這些數據也被歐洲生物塑料協會用于其公開發表的數據中。

如果能夠從生物原料中生產出乙二醇(MEG)，那么基本上每個生產廠商都能夠制造出生物基含量為30%的PET。市場目前能供應約30萬噸的生物基MEG，能夠生產出約100萬噸生物基含量為30%的PET。其中的一部分PET被可口可樂公司用于飲料瓶生產。實際上，可口可樂從2009年就著手于這項生產項目。從那時起，該公司制造出超過400億個含有生物PET的飲料瓶，減少了超過30萬噸的二氧化碳排放量。

在2015年春季，可口可樂展示了第一個使用了100%對苯二甲酸(PTA)的生物塑料飲料瓶。但生產PTA對于創業公司而言還不夠經濟，目前他們還在測試各種綜合方法。生物基PET材料易于回收且適合長期應用，滿足了未來對塑料行業的高要求。目前，使用PET的用戶數量和應用領域正在穩步上升，范圍涵蓋醫藥包裝、汽車零件、戶外紡織品等。

聚乙烯呋喃酮(PEF)

在PET獲得成功之后，聚乙烯呋喃酮(PEF)目前還在發展中，該材質由MEG和呋喃二甲酸(FDCA)制造而成，從起始鏈段開始就是100%生物基。位于荷蘭阿姆斯特丹的Avantium科技公司是FDCA生產領域的技術領導者，位于德國路德維希港的巴斯夫歐洲公司，去年3月份宣布在比利時安特衛普新建一個FDCA的生產工廠，產能高達5萬噸/年。日本東京的三井物產株式會社也與之簽訂了長期供應合同。

與PET相比，PEF的定位是對CO2和O2具有更強阻隔性的材質。因其具有更高的機械強度，可生產出壁厚更薄的包裝，從而減少薄膜和瓶子的包裝重量?；谄涔δ苄?、環保性能和成本優勢，PEF被公認為生物塑料市場前途光明的一個新材料。

聚乙烯

生物聚乙烯(PE)已經進入市場發展多年。位于巴西圣保羅的Braskem公司，是目前唯一在競爭艱難的日用品領域成功將該聚合物定位為優質產品的制造商——沒有賦予其新功能，其優勢是碳排放更小。目前，其客戶群正在增長，分銷渠道在繼續開發。食品制造商過去關于食品和非食品之間的包裝采用，往往都會避免采用生物塑料包裝，如今他們再次看到了商機(見圖3)。對于制造商來說，生物基PE的產能達到20萬噸/年是重要的第一步，進一步的投資現在也在考慮之中。盡管生物PE材料也被應用于科技產品中，例如電纜外層或污水管道，但生物聚烯烴主要的用途仍然是非食品包裝領域，如化妝品或消耗品的包裝

值得引起注意的是各包裝巨頭，如英國拉什登的RPC集團、澳大利亞霍桑的Amcor公司、芬蘭赫爾辛基的Stora Enso集團以及德國杜賽道夫的Gerresheimer公司，都極其重視“生物基”，并把它作為未來發展之本。位于瑞士皮伊的TetraPak國際公司，計劃在2016年初向市場投入約1億個100%生物基的TetraRex包裝盒，其材料來源為Braskem生產的生物PE材料

聚酰胺

卓越的耐受性和高彈性是許多生物聚酰胺(PA)的基本特性。與已經投入市場數十年的PA10和PA11一樣，新型PA4和PA5因其特殊性能，如溫度穩定性、耐化學性和尺寸穩定性，也正在吸引市場關注。傳統意義上的PA往往用于汽車領域的特殊應用，而生物PA也征服了消費品領域，例如戶外衣物、運動鞋和眼鏡框架。主要聚合物生產商，如KS/美國威奇托的Invista S.a.r.l.公司、荷蘭海爾倫的DSM工程塑料公司、德國埃森的Evonik工業公司，為了進一步拓展PA單體組合的范圍，正積極與各生物技術公司展開合作，如加拿大/美國門洛帕克的Calysta公司、中國上海的國泰生物科技有限公司、馬來西亞雪蘭莪州的Emery Oleochemicals集團以及加拿大/美國卡爾斯巴德的Verdezyne公司。

其他生物塑料

客戶需求推動了可持續的高性能塑料的發展。透明度高、耐刮擦的“Durabio”合成材料獲得了2015年的“生物塑料獎”，該生物聚碳酸酯(PC)來源于異山梨糖醇，由法國萊斯特朗Roquette Freres公司、日本東京的三菱化學株式會社和日本大阪的夏普株式會社聯合制造。

客戶對于生物塑料卓越的性能要求也同樣促進了聚對苯二甲酸丙二醇酯(PTT)的發展，該材質尤其適用于彈性工藝紡織纖維的應用(見表1)。如果把熱固性塑料也考慮進去，其衍生物的數量會更多。生物基聚氨酯(PU)或聚環氧化合物如今也有多種不同的應用，前景看好(見圖6)。有意向的公司可以利用數量與日俱增的商業適用生物基單體結構單元，主要是二元醇或多元醇，其性能的改良空間也跟生物成分一樣大。

生物塑料在玩具行業的應用也與日俱增。丹麥比隆的樂高玩具公司在2015年發表聲明稱，到2030年將只使用可持續原材料生產產品，這相當于7萬噸/年塑料產能。尋找能夠替代化石ABS的材料是其接下來的任務，降低碳排放也必須執行。樂高玩具公司已經成立創新中心，并且已經與生物聚合物制造商及世界自然基金會(WWF)開展了合作。盡管生物塑料已經在玩具領域有所應用，但其市場發展仍然處于起步階段。

生物降解塑料

與其化學和物理結構相關，很多聚合物具有生物可降解的特性，其中，聚酯是最大的分支。結構復雜的聚合物材質聚乳酸(PLA)有不計其數的結構，其中包括持久耐用的一種結構。MN/美國明尼通卡的NatureWorks公司是眾多制造商中的領先者，以15萬噸/年的產能高居榜首，把競爭對手遠遠甩在身后。目前，眾多公司都在嘗試制造工藝或生產工藝的進一步提升。荷蘭阿姆斯特丹的Corbion公司宣布計劃在泰國Rayon投建產能為7.5萬噸/年的工廠，預計將在2018年投入運營。

PLA如今已經在全球范圍內銷售，其主要應用于包裝領域、纖維和薄膜，絕大部分以復合物的形式占據重要的市場份額。該材質的功能性，適用于多種領域：食品包裝(例如，酸奶杯、飲料瓶、復合薄膜或發泡容器)作為紡織品纖維或技術產品(面料、過濾器、無紡布材料)或者用于耗材(例如辦公用品或技術元件)。

PBS和PBAT

由于丁二酸(SA)生物技術的蓬勃發展，專家預計聚丁二酸丁二醇酯(PBS)的生產將迎來迅猛增長。如同PLA一樣，該脂肪族聚合物可以是100%的生物材料，可以通過氫化SA來制造1，4丁二醇(BDO)，或直接通過發酵來制造BDO。諸如巴斯夫、帝斯曼工程塑料和三菱化工等化學公司正在投資這一科技領域的創新生物科技新興企業，例如加拿大魁北克的BioAmber公司、加拿大/美國圣地亞哥的Genomatica公司，以及摩洛哥/美國沃本的Myriant公司。相信PBS很快會像如今已經廣泛應用的聚己二酸丁二醇酯二醇(PBAT)那樣做到大規模生產。這兩種聚酯材質都已廣泛用作淀粉或PLA的軟化混合成分，且從“包袋市場”的增長中獲得了最大收益。

許多國家和地區已經有相關國家法律規定須分揀生物廢品和其他廢棄物，如：意大利的運輸包裝，法國的水果和蔬菜包裝袋，這促成了7萬噸產能可堆肥包裝袋的巨大市場。而未來的市場潛力更大：專家預測歐洲未來5年的可堆肥包裝袋消耗量將會是目前的三倍，全球市場潛力也會在未來5年內增長數倍。當前，nova研究員正在細致地研究分析歐盟市場和基本法律條件的重要性。

PHA

作為聚酯家族的另一成員，聚羥基脂肪酸酯(PHA)直接產自細菌體，不同結構的PHA展現截然不同的特性，其中一些結構可以在各種介質中徹底分解。眾多小規模公司，正在努力嘗試在全球范圍內進行生產和營銷。最近，意大利圣喬治-迪皮亞諾的Bio-OnSrl公司宣布與歐洲兩大有意向的商業伙伴合作，他們分別來自意大利和法國，計劃新建兩個生產工廠，每個工廠分別具有約1萬噸/年的產能。中國和美國的公司亦在涉足PHA領域。

可降解聚合物的發展情況比目前認為的更加復雜。PLA本身已經具備一些現代塑料性能：可根據特殊用途的需求來實現定制，諸多結構只需與其他聚合物結合就能充分發揮其特性。當前焦點集中在一個相對窄范圍的產品品類——采用多種可降解聚酯制造使用壽命短、可堆肥的、一次性使用的產品，這主要是由于政策驅動的要求，以及把“可堆肥”作為一個獨一無二的市場賣點來定位。然而，這并不是發展的終點，而僅僅只是發展期間的一個小高潮。

前景展望

塑料無疑是強大的，它能幫助我們解決很多問題。在未來的數十年間，它也必須重塑自身。資源和環境方面的問題直接與短壽命的塑料制品相關，塑料的應用已經很廣泛，但其回收利用往往很難。這就是為什么塑料產品必須可回收的原因，否則它們會對環境造成許多負擔。

根據艾倫麥克阿瑟基金會的塑料戰略，大公司的專家和代表們相信，對于短壽命的塑料產品而言，生物降解是一個正確的解決方案。然而根本問題在于，產品必須利用盡可能少的資源進行生產，并且要設計更多用途。生命周期分析報告顯示，回收和使用可再生資源是問題的重點。歐盟議會和歐盟委員會在基礎原則下提出了許多方案，但生物塑料的地位并未得以肯定，它是近年來才發展起來的，并且，大批量生產的塑料系統結構也已經構建，這相應地導致了傳統塑料生產的慣性。然而，這并不會影響生物塑料行業的發展。一旦市場發展搭建起穩定的基礎，生物塑料就會得到政治家、消費者和評論員的充分支持，也能夠吸引和留住新的投資者。