目前在生物基材料中,發展最快的是生物基塑料。這種極具發展潛力的材料可望在許多應用領域替代傳統聚合物。為此,本版從今日起專題報道最熱門的幾類生物基塑料技術的最新進展。
如果想知道哪家公司會成為下一個谷歌,那就請看達沃斯世界經濟論壇的技術先鋒獎。在2010年的技術先鋒獎中,美國Metabolix開發的聚羥基脂肪酸酯(PHA)生物基可降解塑料與掀起全球熱潮的Twitter一起光榮入榜,成為代表全球最具創新力的技術。讓PHA生物基材料在不久的將來變得像普通塑料一樣“平易近人”,不只是產業界的希望,也成為全球經濟界的期盼。
性能:接近通用塑料
綜合性能不及傳統石油基塑料是人們對生物基塑料的普遍印象,也是除價格因素外推廣生物基塑料的攔路虎。但隨著技術的進步,PHA產品性能目前已經接近通用塑料,獲得了歐洲一些廠商的認可,信用卡生產商等對第四代PHA產品表現出了濃厚的興趣。
據深圳市塑膠行業協會秘書長王文廣介紹,PHA是聚羥基脂肪酸酯類材料的總稱,目前產業化品種已有四代。第一代產品的典型代表為均聚物PHB(聚3-羥基丁酸酯)。該材料脆性大,很難大規模應用。為了改善加工性能,人們又研發了第二代產品PHBV(聚3-羥基丁酸酯/3-羥基戊酸酯共聚物)、第三代產品PHBHHx(3-羥基丁酸酯/3-羥基己酸酯共聚物)以及第四代產品P34HB(聚3-羥基丁酸酯/4-羥基丁酸酯共聚物)。
深圳市意可曼生物科技有限公司去年在全球率先實現第四代PHA的產業化。該公司總裁鐘路華博士告訴記者,P34HB克服了之前產品可選單體少、成本高、難以產業化的難題,具有成本低、發酵效率高、綜合性能優異、應用范圍廣、可在傳統塑料加工機械上加工成型等優點。第四代產品P34HB的綜合性能已經接近聚乙烯、聚丙烯等通用塑料,而且還可以通過調整單體比例,來調節P34HB性能,滿足不同應用領域對塑性和彈性的需要。該公司表示,P34HB不僅性能與石油基塑料接近,成本也與石油基塑料相接近。
原料:上百種可供選擇
清華大學教授、長江學者陳國強接受記者采訪時表示,PHA以可再生生物質為原料,由微生物直接合成,可生物降解,它已經與PLA(聚乳酸)并列為完全生物降解材料的最熱門研究課題。
他說,與大家熟知的PLA等生物基材料相比,PHA的顯著優點是能通過結構調節使最終產品適用于不同的應用領域,而支撐這種優點的就是其單體的多樣性。
國內外研究證明,生物合成PHA新材料的潛力幾乎是無限的。據陳國強教授介紹,在2000年時人們就已發現了超過150種的PHA單體。單體結構變化以及共聚物中不同單體比例的不同,給PHA結構變化帶來了無限可能。結構的多元化,又帶來了性能的多樣化。
PHA可以堅硬如硬塑料,也可以柔軟如彈性體,可以制成吹膜級、壓片級、吹瓶級、發泡級以及彈性體級的產品。通過調整單體配比,PHA產品性能可以橫跨纖維、塑料、橡膠、熱熔膠等不同范疇,加上PHA兼具良好的生物相容性,其應用領域已不局限在單一的塑料制品,還可以在農藥緩釋劑、高性能生化濾膜、醫藥緩釋長效藥物載體以及骨釘、手術縫合線、人體整形填充材料方面大顯身手。
產業化:中國已走在前列
據王文廣介紹,國內外已建、在建或擬建的PHA項目主要有德國慕尼黑Biomers公司1000噸/年和江蘇南天集團10噸/年的第一代PHB項目,英國ICI(Zeneca)公司350噸/年、寧波天安生物材料公司2000噸/年的第二代PHBV項目,美國P&G公司5000噸/年的第三代PHBHHx項目,以及美國ADM公司5萬噸/年、天津國韻生物科技公司1萬噸/年、深圳意可曼生物科技有限公司5000噸/年的第四代P34HB項目。日本三菱瓦斯化學公司、日本卡奈卡公司、美國Metabolix公司、巴西PHB Industrial S/A公司、英國Biocycle公司、德國Biomer 公司和荷蘭Agrotechnology&Food Tnnovations公司等也在研發生產相關產品。其中,去年7月底投產的意可曼5000噸/年P34HB項目是全球首個第四代PHA產品產業化項目,是PHA材料產業化的重大突破。
陳國強表示,在幾個五年計劃和“863”計劃支持下,我國生物基材料取得了長足發展。其中,PHA年總產能超過1.5萬噸,提供了國際市場上所有PHA類型,使我國PHA產業化種類和產量都處于國際領先地位。