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生物基高分子材料商業(yè)化推進加速
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作者:lnpfsy
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發(fā)布時間: 2019-04-19
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近幾年來，在各國政府和相關(guān)企業(yè)的積極努力下，生物基高分子材料取得了長足發(fā)展，商業(yè)化推進開始加速。不過，尋找來源更豐富的可再生原料已成為制約生物基材料發(fā)展的關(guān)鍵，如何把纖維素和木質(zhì)素經(jīng)濟、有效地轉(zhuǎn)化利用，是該領(lǐng)域的一個難題，也是重要方向
各國積極推進
高分子材料的應用已經(jīng)滲透到人類生活的方方面面。2013年，全球塑料產(chǎn)量超過2.8億噸，其中我國產(chǎn)量超過6000萬噸，消費量超過7000萬噸。未來幾年，世界尤其是新興市場的塑料產(chǎn)量和消耗量還將繼續(xù)飛速攀升。不過，近99%的高分子材料來源于石化資源，而石化資源正面臨日益枯竭的危機，且環(huán)保問題日趨嚴重。在這樣的背景下，研究開發(fā)可降解的生物基高分子材料替代石油基高分子材料具有迫切的現(xiàn)實意義。
為此，一些跨國公司比如巴斯夫、陶氏化學等紛紛將生物基材料作為最優(yōu)先發(fā)展的業(yè)務。美國通過了《生物質(zhì)研發(fā)法案》，并成立了生物質(zhì)項目辦公室和生物質(zhì)技術(shù)咨詢委員會，提出了生物質(zhì)技術(shù)路線圖。歐盟通過給生物塑料制品貼上符合歐州環(huán)境標準的綠色標志鼓勵消費者購買，并給予生物塑料研究單位和企業(yè)政策優(yōu)惠。我國也明確指出要大力發(fā)展可再生資源，擴大生物基產(chǎn)品的研究和生產(chǎn)能力。
商業(yè)化正在加速
目前生物基高分子材料研究領(lǐng)域主要涉及熱塑性高分子、熱固性高分子、黏合劑、塑料助劑四大領(lǐng)域，主要應用于塑料、纖維、發(fā)泡、復合材料、醫(yī)用材料、膠黏劑、涂料等產(chǎn)業(yè)。生物基高分子材料經(jīng)過多年發(fā)展，近年來商業(yè)化正在加速推進。雖然與塑料消耗總量相比，生物基材料所占比例尚不足2%，但從2009年到2013年，全球使用量每年以34％的速度遞增。該產(chǎn)業(yè)市場增長空間巨大。
以改性聚乳酸的研究與開發(fā)為例。聚乳酸具有可生物降解、原料可再生（淀粉、纖維素）、強度高、模量高、透明性好、減碳環(huán)保等諸多優(yōu)點，但同時又存在結(jié)晶速度慢、耐熱性差、耐熱后透明性差、抗沖性差、價格高、熔體強度低等諸多缺點。為此，朱錦團隊就提高聚乳酸的耐熱性、加快結(jié)晶速度、降低成本等展開了改性研究。通過添加成核劑、增韌劑、增塑劑等方法，改性后的耐熱聚乳酸半結(jié)晶速度從大于15分鐘減至小于1分鐘，成型時間從大于10分鐘減至低于1分鐘，耐熱性提高到120℃以上，抗沖性能提高1倍，耐熱后透明性保持良好。
此外，大豆基無醛木材膠黏劑可在膠合板、密度板、地板、刨花板的制作中用于取代具有污染性的脲醛酸、三聚氰胺膠、酚醛膠等。我國是世界第一大家具、木地板、木門產(chǎn)品生產(chǎn)國和出口國，人造板的年產(chǎn)值超過4500億元，生產(chǎn)人造板所需要的最重要成分就是膠黏劑。生物膠黏劑具有不含甲醛、資源可再生、能形成納米結(jié)構(gòu)等優(yōu)點，但也存在耐水性差或不耐水的突出問題。
原料保障是關(guān)鍵
生物基高分子材料前景廣闊，但在產(chǎn)業(yè)化進程中也面臨嚴峻挑戰(zhàn)。按塑料使用量20％計，高分子材料需要原材料超過5億噸/年，而目前獲得的可再生原材料比如淀粉、植物油、甘蔗、松香等，由于涉及與民爭糧問題，產(chǎn)量受到制約，無法支撐產(chǎn)業(yè)的大規(guī)模發(fā)展。因此，從長遠來看，尋找來源更豐富的可再生原材料是關(guān)鍵。
目前。纖維素和木質(zhì)素是自然界最廣泛、可再生能力最強的資源，其產(chǎn)量均超過1000億噸/年，超過現(xiàn)在的石油儲藏量，如何把纖維素和木質(zhì)素經(jīng)濟有效地轉(zhuǎn)化為葡萄糖等糖類化合物，然后通過化學和生物辦法生產(chǎn)脂肪類化合物或高分子單體，是當前生物基高分子材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個難題。無論如何，生物基高分子材料必將成為替代石油基高分子的重要途徑之一。
各國積極推進
高分子材料的應用已經(jīng)滲透到人類生活的方方面面。2013年，全球塑料產(chǎn)量超過2.8億噸，其中我國產(chǎn)量超過6000萬噸，消費量超過7000萬噸。未來幾年，世界尤其是新興市場的塑料產(chǎn)量和消耗量還將繼續(xù)飛速攀升。不過，近99%的高分子材料來源于石化資源，而石化資源正面臨日益枯竭的危機，且環(huán)保問題日趨嚴重。在這樣的背景下，研究開發(fā)可降解的生物基高分子材料替代石油基高分子材料具有迫切的現(xiàn)實意義。
為此，一些跨國公司比如巴斯夫、陶氏化學等紛紛將生物基材料作為最優(yōu)先發(fā)展的業(yè)務。美國通過了《生物質(zhì)研發(fā)法案》，并成立了生物質(zhì)項目辦公室和生物質(zhì)技術(shù)咨詢委員會，提出了生物質(zhì)技術(shù)路線圖。歐盟通過給生物塑料制品貼上符合歐州環(huán)境標準的綠色標志鼓勵消費者購買，并給予生物塑料研究單位和企業(yè)政策優(yōu)惠。我國也明確指出要大力發(fā)展可再生資源，擴大生物基產(chǎn)品的研究和生產(chǎn)能力。
商業(yè)化正在加速
目前生物基高分子材料研究領(lǐng)域主要涉及熱塑性高分子、熱固性高分子、黏合劑、塑料助劑四大領(lǐng)域，主要應用于塑料、纖維、發(fā)泡、復合材料、醫(yī)用材料、膠黏劑、涂料等產(chǎn)業(yè)。生物基高分子材料經(jīng)過多年發(fā)展，近年來商業(yè)化正在加速推進。雖然與塑料消耗總量相比，生物基材料所占比例尚不足2%，但從2009年到2013年，全球使用量每年以34％的速度遞增。該產(chǎn)業(yè)市場增長空間巨大。
以改性聚乳酸的研究與開發(fā)為例。聚乳酸具有可生物降解、原料可再生（淀粉、纖維素）、強度高、模量高、透明性好、減碳環(huán)保等諸多優(yōu)點，但同時又存在結(jié)晶速度慢、耐熱性差、耐熱后透明性差、抗沖性差、價格高、熔體強度低等諸多缺點。為此，朱錦團隊就提高聚乳酸的耐熱性、加快結(jié)晶速度、降低成本等展開了改性研究。通過添加成核劑、增韌劑、增塑劑等方法，改性后的耐熱聚乳酸半結(jié)晶速度從大于15分鐘減至小于1分鐘，成型時間從大于10分鐘減至低于1分鐘，耐熱性提高到120℃以上，抗沖性能提高1倍，耐熱后透明性保持良好。
此外，大豆基無醛木材膠黏劑可在膠合板、密度板、地板、刨花板的制作中用于取代具有污染性的脲醛酸、三聚氰胺膠、酚醛膠等。我國是世界第一大家具、木地板、木門產(chǎn)品生產(chǎn)國和出口國，人造板的年產(chǎn)值超過4500億元，生產(chǎn)人造板所需要的最重要成分就是膠黏劑。生物膠黏劑具有不含甲醛、資源可再生、能形成納米結(jié)構(gòu)等優(yōu)點，但也存在耐水性差或不耐水的突出問題。
原料保障是關(guān)鍵
生物基高分子材料前景廣闊，但在產(chǎn)業(yè)化進程中也面臨嚴峻挑戰(zhàn)。按塑料使用量20％計，高分子材料需要原材料超過5億噸/年，而目前獲得的可再生原材料比如淀粉、植物油、甘蔗、松香等，由于涉及與民爭糧問題，產(chǎn)量受到制約，無法支撐產(chǎn)業(yè)的大規(guī)模發(fā)展。因此，從長遠來看，尋找來源更豐富的可再生原材料是關(guān)鍵。
目前。纖維素和木質(zhì)素是自然界最廣泛、可再生能力最強的資源，其產(chǎn)量均超過1000億噸/年，超過現(xiàn)在的石油儲藏量，如何把纖維素和木質(zhì)素經(jīng)濟有效地轉(zhuǎn)化為葡萄糖等糖類化合物，然后通過化學和生物辦法生產(chǎn)脂肪類化合物或高分子單體，是當前生物基高分子材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個難題。無論如何，生物基高分子材料必將成為替代石油基高分子的重要途徑之一。
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