生物塑料將成為重要的生產(chǎn)原料

　　過去幾年已經(jīng)見證了生物原料和商業(yè)化的生物聚合物材料的興起。石油價(jià)格的日趨攀升、消費(fèi)者意識(shí)的加強(qiáng)以及生產(chǎn)成本的降低，都已經(jīng)預(yù)示出了生物塑料的商業(yè)化進(jìn)程正在加快。當(dāng)然，生物塑料行業(yè)也不斷地面臨著許多挑戰(zhàn)，并將繼續(xù)受到諸如質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)可行性和生產(chǎn)規(guī)模等眾多因素的影響。以下通過簡(jiǎn)要介紹一些較知名的生物塑料產(chǎn)品，來幫助大家了解目前生物塑料行業(yè)所面臨的挑戰(zhàn)。

　　綠色聚烯烴

　　在生物基聚合物產(chǎn)品組合中，生物基聚乙烯（PE）走在了商業(yè)化進(jìn)程的前列。

　　巴西生產(chǎn)商Braskem正從當(dāng)?shù)胤N植的甘蔗中提取乙醇/乙烯，以作為生產(chǎn)綠色PE的原料，其所生產(chǎn)的綠色PE具有與石油基PE一樣的性能。作為世界最大的生物塑料生產(chǎn)商之一，Braskem在其Triunfo工廠中擁有年產(chǎn)200000t生物基PE的產(chǎn)能。該工廠于2010年9月正式投產(chǎn)，其生產(chǎn)的綠色PE可控制大約15%~20%的溢價(jià)幅度，這對(duì)于那些允許生產(chǎn)成本比采用石化塑料高一些的確定目標(biāo)市場(chǎng)而言是可行的。

　　隨著更多商品化生物基PE生產(chǎn)商的進(jìn)入，以及技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，生物基PE的價(jià)格有望進(jìn)一步降低。陶氏化學(xué)公司與日本三井化學(xué)公司分別以50%的股份組建了一家合資公司，以在巴西生產(chǎn)以蔗糖為原料的生物基PE，投產(chǎn)后，將年產(chǎn)DOWLEXPE350000t。作為世界最大的生物聚合物投資項(xiàng)目之一，該項(xiàng)目將于2015年投入運(yùn)行，并將滿足軟包裝、醫(yī)療和保健市場(chǎng)的需求。從甘蔗的種植到生物聚合物的生產(chǎn)，隨著該合資公司對(duì)整個(gè)價(jià)值鏈的掌控和運(yùn)行，其所生產(chǎn)的DOWLEXPE樹脂將具有比石化PE更高的成本競(jìng)爭(zhēng)力。

　　此外，Braskem在建的年產(chǎn)能達(dá)30000~50000t的生物基聚丙烯PP工廠將于2013年投產(chǎn)。而日本的馬自達(dá)汽車公司正在采用纖維素類生物材料開發(fā)生物基PP，以用于2013款的汽車中。

　　聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（PET）

　　在100%采用可再生原料方面，PET面臨著一些強(qiáng)大的公共壓力。受飲料業(yè)巨頭可口可樂公司和百事可樂公司雄心勃勃的計(jì)劃影響，這種壓力進(jìn)一步得到了增強(qiáng)。

　　目前得到廣泛商業(yè)化應(yīng)用的PET含有30%的乙二醇（MEG），其部分來自從甘蔗中提取的乙烯。目前，可口可樂和百事可樂這兩家公司正在尋求一條路徑，以獲得另外70%的純綠色對(duì)苯二甲酸（PTA）。2011年12月，可口可樂公司簽署了兩條協(xié)議。其中，與美國(guó)技術(shù)公司Avantium達(dá)成的協(xié)議是，為PEFYXY技術(shù)開發(fā)一條商業(yè)化的途徑。作為PET的不同類別，PEF擁有更高的耐熱性和阻隔性。而與Gevo和Virent達(dá)成的第二條協(xié)議是，通過采用兩種不同的生物途徑來獲得PTA的初級(jí)原料對(duì)二甲苯（PX），從而實(shí)現(xiàn)100%Plant Bottle技術(shù)的商業(yè)化生產(chǎn)。

　　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”這一問題上。另一家美國(guó)的技術(shù)公司Anellotech也為采用生物質(zhì)的PX提供生物基選擇方案。日本的豐田汽車公司正在從事一項(xiàng)研究工作，以在其80%的汽車內(nèi)飾部件中使用含30%綠色原料的PET。然而，與PE和PP等其他生物塑料不同，100%生物基PET的商業(yè)化還尚為遙遠(yuǎn)，盡管研究方面的工作從未停止過。

　　PLA

　　作為聚苯乙烯（PS）等聚合物的綠色替代材料，PLA已被用于生產(chǎn)酸奶杯和其他透明的食品容器。PLA由乳酸經(jīng)化學(xué)聚合而成，乳酸是通過糖或淀粉在催化發(fā)酵過程中產(chǎn)生微生物而獲得的。有幾家公司聲稱，他們開發(fā)出了生產(chǎn)PLA的技術(shù)，包括：NatureWorksIngeo、Thyssenkrup和Purac，以及日本的帝人公司與馬自達(dá)汽車公司（Biofront技術(shù)。雖然商業(yè)化程度相對(duì)較強(qiáng)且100%為綠色材料，但PLA的確不具備良好的耐熱性和抗沖擊性，這就意味著該材料通常需要與石化材料共混，或者需要加入一些添加劑以獲得改性。此外，PLA的阻隔性較差，這也限制了其應(yīng)用范圍。PLA比其他許多生物塑料擁有更具競(jìng)爭(zhēng)力的價(jià)格。在過去10年間，通過對(duì)生產(chǎn)技術(shù)的不斷改進(jìn)，PLA的價(jià)格已明顯降低。憑借一些大型PLA生產(chǎn)工廠，如NatureWorks公司每年140000t的Nebraska工廠，以及Purac公司在泰國(guó)工廠中預(yù)計(jì)750000t/年的丙交酯產(chǎn)能，其價(jià)格將進(jìn)一步接近石油基塑料的價(jià)格。

　　處于早期開發(fā)階段的PVC

　　蘇威集團(tuán)早先曾公布了年產(chǎn)60000t生物乙烯的生產(chǎn)設(shè)施，以用于生產(chǎn)PVC。但由于2008年的經(jīng)濟(jì)衰退，導(dǎo)致該公司在很大程度上停止了該項(xiàng)目，直到現(xiàn)在又重新對(duì)其進(jìn)行發(fā)展。此外，取代傳統(tǒng)增塑劑的努力也在進(jìn)行之中，例如，已有幾家公司的科學(xué)家們開發(fā)出了可替代鄰苯二甲酸酯的生物基增塑劑，據(jù)說不會(huì)降低PVC的柔韌性或其他性能。

　　蔗糖基聚碳酸酯

　　由異山梨醇（從蔗糖中獲得）制得的聚碳酸酯（PC）已引起了幾家領(lǐng)先公司的興趣，如日本的三菱化學(xué)公司和法國(guó)的Roquette公司等已經(jīng)在運(yùn)行或計(jì)劃去運(yùn)行一些用以生產(chǎn)異山梨醇從而可將其合成到PC中的試制工廠。以異山梨醇和二芳基碳酸酯為原料來生產(chǎn)PC，避免了在生產(chǎn)過程中使用有毒的光氣和有爭(zhēng)議的雙酚A（BPA）。但由于還存在經(jīng)濟(jì)和質(zhì)量方面的問題，因此異山梨醇基PC的商業(yè)化還為時(shí)尚遠(yuǎn)。比起傳統(tǒng)的熔化或晶界工藝，該工藝較為昂貴。除非在一些非常嚴(yán)格的條件下使用特殊反應(yīng)物，否則大多數(shù)呈油性固體物狀的異山梨醇基PC的熔點(diǎn)較低且耐熱性較差。此外，大多數(shù)從事于此項(xiàng)研究的公司，如沙特阿拉伯的SABIC以及日本的三井化學(xué)公司、三菱化學(xué)公司和帝人集團(tuán)等，仍在商業(yè)化的PC生產(chǎn)中使用BPA或其他乙二醇，這也意味著目前PC的質(zhì)量仍然需要依賴于BPA。

　　聚羥基脂肪酸酯PHAs面臨的挑戰(zhàn)

　　PHAs主要指聚β羥基丁酸酯（PHB）及其共聚物PHBV，這些都是通過糖或脂類的發(fā)酵細(xì)菌而產(chǎn)生的。它們擁有極好的阻隔性，并且它們的生物可降解性引起了生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的興趣。但是，在商業(yè)化前它們還有一些不足之處需要得到解決，包括：脆性、加工窗口窄、結(jié)晶速度慢以及易于熱降解等。與PLA相似,上述這些缺點(diǎn)可通過與其他添加劑和聚合物共混而得到克服。

　　聚丁二酸丁二醇酯（PBS）

　　PBS由丁二酸和丁二醇BDO聚合而成。目前，生物丁二酸技術(shù)由幾家美國(guó)公司如BioAmber、Reverdia和Myriant，以及荷蘭的Purac公司所掌握。這些生產(chǎn)商中的大多數(shù)都有望在今后兩年開始生產(chǎn)商業(yè)化的生物丁二酸，而幾家擁有合資企業(yè)的公司將生產(chǎn)PBS。目前，PBS存在的關(guān)鍵問題之一是其單獨(dú)使用時(shí)的臨界性能。為解決此問題，目前的生物基PBS通常需要與其他聚合物共混。

　　一般，像綠色PE和綠色PET這類生物塑料擁有與其對(duì)應(yīng)的石化產(chǎn)品同樣的性能，這使它們的商業(yè)化進(jìn)程得到加速。與之不同的是，像PLAs之類的新型生物塑料，卻使它們的生產(chǎn)商不斷地面臨著市場(chǎng)開發(fā)、性能改善以及降低生產(chǎn)成本之類的挑戰(zhàn)。雖然商業(yè)化的道路還很長(zhǎng)，但生物塑料卻有望成為未來世界更加重要的塑料資源。

來源：Nexant能源和化學(xué)咨詢集團(tuán)

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