[科普中國(guó)]-生物塑料

生物塑料指以淀粉等天然物質(zhì)為基礎(chǔ)在微生物作用下生成的塑料。它具有可再生性，因此十分環(huán)保。目前，許多國(guó)家都開(kāi)展了相關(guān)研究。

前景有報(bào)告指出，全球生物塑料市場(chǎng)將快速增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)年均增速可達(dá)8%-10%，將由2007年的10億美元增加到2020年時(shí)的100億美元。在汽車(chē)和電子行業(yè)的新應(yīng)用將推動(dòng)生物塑料需求的增長(zhǎng)，雖然包裝仍將占主導(dǎo)市場(chǎng)地位，預(yù)計(jì)它的份額將由2007年的65%下降2025年的40%。到2025年，亞洲將是生物塑料市場(chǎng)市場(chǎng)的領(lǐng)導(dǎo)者，約占32%的市場(chǎng)份額，其次是歐洲占到31%，美國(guó)占28%。亞洲將占據(jù)市場(chǎng)領(lǐng)先地位主要是基于轉(zhuǎn)基因植物將得到快速發(fā)展。2007年，生物塑料約占塑料市場(chǎng)的10%-15%，預(yù)計(jì)到2020年將達(dá)到25%-30%。主要將得益于生物塑料技術(shù)性能的改進(jìn)，技術(shù)創(chuàng)新將拓展在汽車(chē)，醫(yī)療和電子行業(yè)的應(yīng)用。

生物塑料不僅對(duì)環(huán)境友好，其對(duì)肌體的適應(yīng)性也非常好，可望用于生產(chǎn)可被肌體吸收的術(shù)后縫合線等醫(yī)用產(chǎn)品。

日本政府為推進(jìn)生物塑料等可再生資源的使用出臺(tái)了《生物技術(shù)戰(zhàn)略大綱》和《生物質(zhì)日本綜合戰(zhàn)略》，其中提到，擴(kuò)大生物塑料的使用是一項(xiàng)重要課題?！渡锛夹g(shù)戰(zhàn)略大綱》設(shè)定的政策目標(biāo)是，到2010年，20%的塑料要用可再生資源制造。1

鼓勵(lì)引導(dǎo)一，美國(guó)農(nóng)業(yè)部鼓勵(lì)生物塑料的生產(chǎn)從2004年起實(shí)行生物產(chǎn)品優(yōu)先采購(gòu)計(jì)劃(Procurement program)，擬于2010年起實(shí)施生物基優(yōu)先標(biāo)簽程序(BioPreferred program)，欲鼓勵(lì)消費(fèi)者積極消費(fèi)生物質(zhì)含量高的生物產(chǎn)品。

二，歐洲比利時(shí)推出OKbiobased標(biāo)簽，標(biāo)明生物塑料產(chǎn)品生物基的含量，鼓勵(lì)消費(fèi)者消費(fèi)綠色環(huán)保的生物塑料。

三，由于我國(guó)生物基材料發(fā)展時(shí)間短，許多產(chǎn)品尚沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)試方法，而國(guó)外的標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)試評(píng)價(jià)體系相對(duì)制定得較早，因此，在生物基含量、生物分解性能等方面，國(guó)內(nèi)產(chǎn)品出口時(shí)往往碰到壁壘。我國(guó)生物降解塑料產(chǎn)業(yè)仍是羽翼未豐，企業(yè)要想馬上盈利還有困難，市場(chǎng)及消費(fèi)者的接納也需要有一定的過(guò)程，但環(huán)保事業(yè)終究還是需要政府來(lái)買(mǎi)單。

常見(jiàn)塑料大到電視機(jī)的支架、電腦框體，小到小擺件、廚房垃圾袋等，生物塑料的身影隨處可覓。

自毀型化學(xué)塑料制品在給人類帶來(lái)各種方便的同時(shí)，也給人們帶來(lái)難以想象的麻煩。由于有些廢棄塑料在自然條件下不會(huì)降解，燃燒又會(huì)釋放出有害氣體，給生態(tài)環(huán)境造成了難以治理的污染。因此，各國(guó)科學(xué)家開(kāi)始研制可以自行分解的自毀或自溶塑料，以解決這個(gè)問(wèn)題。有人把它稱作"綠色塑料"。 許多國(guó)家的公司都推出自己的生物自毀塑料。美國(guó)密茨根大學(xué)生物學(xué)家最早提出了"種植"可分解塑料的設(shè)想。他們用土豆和玉米為原料，植入塑料的遺傳基因，使它們能在人工控制下生長(zhǎng)出不含有害成分的生物塑料。美國(guó)帝國(guó)化學(xué)工林公司利用細(xì)菌把糖和有機(jī)酸制造成可生物降解的塑料。其方法與生產(chǎn)出乙醇的發(fā)酵工藝相似，所不同的只是，用的細(xì)菌是產(chǎn)堿桿菌屬，能把喂食的物質(zhì)轉(zhuǎn)變成一種塑料，稱為PHBV。細(xì)菌積累這種塑料是作為能量?jī)?chǔ)存，就像人類和動(dòng)物積存脂肪一樣。當(dāng)細(xì)菌積存的PHBV達(dá)到它們體重的80%時(shí)，就用蒸汽把這些細(xì)胞沖破，把塑料收集起來(lái)。PHBV具有與聚丙烯相似的性質(zhì)，這種材料在廢棄后，即使在潮濕的環(huán)境下也是穩(wěn)定的，但在有微生物的情況下，它將降解為二氧化碳和水。

德國(guó)哥廷根大學(xué)微生物學(xué)家通過(guò)對(duì)一種細(xì)菌的特定基因隔離，使植物的細(xì)胞內(nèi)部生成聚酯，利用這類聚酯，可制成植物型生化塑料。這類塑料在細(xì)菌作用下，分解成水和二氧化碳，因此這種塑料垃圾可作為植物肥料而回歸大自然。日本工業(yè)技術(shù)研究院的科技人員用農(nóng)林作物下腳料，如豆秸等制成可分解農(nóng)用薄膜。另有一些科學(xué)家正在實(shí)驗(yàn)在塑料中添加淀粉類物質(zhì)，這樣以淀粉為食料的細(xì)菌則吞噬之，從而使其慢慢消失掉。

生物自毀塑料在醫(yī)療上用途頗廣。在骨折手術(shù)中，它可以充當(dāng)骨骼間的承托物。隨著骨骼的愈合，它也會(huì)逐漸自行分解。醫(yī)治破碎性骨折，醫(yī)生通常使用不銹鋼制作的螺母、螺釘。夾板和鉆孔器，把碎骨固定起來(lái)。這種方法的缺點(diǎn)是要做兩次手術(shù)，一次是植入這些不銹鋼材料，一次是再把它們?nèi)〕鰜?lái)。荷蘭科學(xué)家發(fā)明一種塑料，植入體內(nèi)大約兩年便自行分解，變成二氧化碳和水。還有一種線狀生物自毀塑料，可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的醫(yī)用外科手術(shù)線縫合傷口。這種塑料手術(shù)線，可被身體逐漸吸收，免除拆線之苦惱。此外，用生物自毀塑料制成的藥用膠囊，在體內(nèi)會(huì)慢慢溶解，并且可控制藥物進(jìn)入血管的速度。

強(qiáng)耐耗性英國(guó)開(kāi)發(fā)了一項(xiàng)名為Combine的研究計(jì)劃，此項(xiàng)計(jì)劃開(kāi)發(fā)了一種耐耗性強(qiáng)的塑料。這種塑料不僅堅(jiān)硬、重量輕，而且環(huán)保，可以用作汽車(chē)門(mén)、船殼、嬰兒保育器以及類似的產(chǎn)品。普通塑料的半衰期為數(shù)千年，此計(jì)劃研究的塑料原料采用的是植物，其半衰期短，是一種無(wú)害的合成塑料，也是第一次利用可再生資源制造結(jié)構(gòu)材料和產(chǎn)品。創(chuàng)新的結(jié)合Combine計(jì)劃的目的是通過(guò)對(duì)自然纖維和生物塑料的創(chuàng)新結(jié)合來(lái)開(kāi)發(fā)一種高性能的、以生物為原料的合成物，這種合成物可以用作結(jié)構(gòu)部件?，F(xiàn)今，自然纖維只有填充成型短纖維和壓縮成型的墊子纖維兩種，但這兩種都不能提供足夠的強(qiáng)度和硬度來(lái)制造結(jié)構(gòu)部件。自然纖維紗通常都是擰在一起的，這使得向其中注入粘性熱塑樹(shù)脂變得很困難。在這個(gè)計(jì)劃中，麻纖維和亞麻纖維要經(jīng)過(guò)加工，將之紡成連續(xù)的纖維，再織成高性能的紡織物。把這些紡織物與自毀型生物塑料如聚乳酸結(jié)合，然后通過(guò)真空袋成型和壓縮成型使之成型為各種部件。最后還要進(jìn)行表面處理，加強(qiáng)纖維與樹(shù)脂之間的粘合。材料結(jié)合和加工技術(shù)還有待于改進(jìn)，同時(shí)也要考慮材料將來(lái)的環(huán)境退化、混合性和可回收性等因素。

耐高溫型上海研制的一種新型生物塑料。其耐熱性大大提高，熱變形溫度超過(guò)100℃，可廣泛用于一次性餐飲用具、一次性醫(yī)療用品等一次性器具，電子器件等產(chǎn)品的包裝，以及農(nóng)用薄膜、農(nóng)藥及化肥緩釋材料等農(nóng)用領(lǐng)域。

這種新型生物塑料可生物降解聚酯，采用了獨(dú)創(chuàng)的生產(chǎn)工藝和催化劑。經(jīng)國(guó)家塑料制品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心測(cè)試，經(jīng)過(guò)94天其降解率即達(dá)到62.1%%，符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)生物可降解塑料的定義。該生物塑料可按一定比例與淀粉等生物原料共混、制成各種用品。這些用品廢棄之后，便成為土壤中微生物的“食物”，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)害化分解。

生物質(zhì)塑料美國(guó)麻省大學(xué)阿姆赫斯特分校PaulJ.Dauenhauer率領(lǐng)的科研小組發(fā)現(xiàn)了一種生產(chǎn)生物質(zhì)塑料的新方法，該方法成本低廉，以大多數(shù)的生物質(zhì)為原料均能以75%的高收率獲得對(duì)二甲苯（生物質(zhì)塑料的關(guān)鍵原料），該項(xiàng)研究成果被發(fā)表在美國(guó)化學(xué)會(huì)《ACS催化》期刊上。對(duì)二甲苯被用來(lái)制造PET（聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯）塑料，其用途范圍包括許多產(chǎn)品，如碳酸飲料瓶、食品包裝、合成纖維服裝，甚至汽車(chē)零部件。塑料工業(yè)均是以石油為原料生產(chǎn)對(duì)二甲苯；而新方法則能夠以一種可再生的方式以生物質(zhì)為原料制得該化學(xué)品，進(jìn)而生產(chǎn)標(biāo)有三角回收標(biāo)志“1#”的塑料產(chǎn)品。該方法使用分子篩做催化劑，在高溫生物反應(yīng)器中通過(guò)三步反應(yīng)就能將葡萄糖轉(zhuǎn)化為對(duì)二甲苯。由于催化劑的納米結(jié)構(gòu)對(duì)生物反應(yīng)效果的影響很大，這一特別設(shè)計(jì)的催化劑是成功的關(guān)鍵，它經(jīng)過(guò)了一系列的優(yōu)化改良，用于促進(jìn)對(duì)二甲苯反應(yīng)、提高收率。這是一項(xiàng)重大的突破，因?yàn)槠渌a(chǎn)可再生對(duì)二甲苯的方法，要么成本昂貴（例如發(fā)酵），要么反應(yīng)效率低下、產(chǎn)品收率低。今后，該方法還能夠進(jìn)一步優(yōu)化以提高對(duì)二甲苯的收率并且降低成本，這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)是創(chuàng)新能源催化中心（CCEI）研究由木質(zhì)纖維素生物質(zhì)制造生物燃料和化學(xué)品計(jì)劃取得突破性進(jìn)展的一部分。

優(yōu)勢(shì)一、生物塑料可以使用于生產(chǎn)塑料的石油消耗減少；

二、生物降解型塑料可以推動(dòng)美國(guó)進(jìn)展緩慢的塑料回收。據(jù)美國(guó)環(huán)境保護(hù)署（theU.S.EnvironmentalProtectionAgency）的資料顯示，2005年美國(guó)僅有約6%的塑料得以回收。

三、生物塑料不含聚氯乙烯、鄰苯二甲酸酯等有毒物質(zhì)。這些毒素對(duì)健康的影響已受到廣泛關(guān)注，部分國(guó)家地區(qū)已經(jīng)法令禁止在玩具和嬰兒用品中添加鄰苯二甲酸酯。

四、生物塑料的研制都是從純植物中獲取，植物中含有大量淀粉和蛋白質(zhì)，這也是生物塑料中丙烯酸、聚乳酸的主要來(lái)源，在植物中提取的丙烯酸、聚乳酸等再經(jīng)過(guò)各種工藝生產(chǎn)制成生物可降解塑料材料，這在很大程度上避免了對(duì)環(huán)境的污染和破壞，這是傳統(tǒng)塑料無(wú)法比擬的優(yōu)越性。

測(cè)定含量由于技術(shù)問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外多數(shù)生物塑料產(chǎn)品均為生物塑料與合成塑料的混合產(chǎn)品。擁有更多的生物含量意味著擁有更多更環(huán)保的生物成分，因此對(duì)消費(fèi)類生物塑料產(chǎn)品區(qū)分變得尤為重要。美國(guó)農(nóng)業(yè)部就對(duì)擁有更多生物成分的產(chǎn)品采購(gòu)等級(jí)高于擁有更少的產(chǎn)品。而比利時(shí)對(duì)生物產(chǎn)品采取星級(jí)區(qū)分。擁有20~30%生物基成分的產(chǎn)品為一星，30~40%為二星，依此類推。

這些政策都是基于生物碳的含量來(lái)界定的，用生物碳含量和總碳含量的百分比評(píng)價(jià)的。ASTM D6866為美國(guó)材料試驗(yàn)協(xié)會(huì)開(kāi)發(fā)的量化測(cè)試樣品總生物碳與化石碳含量精確百分比的測(cè)試方法。2

各國(guó)研究俄羅斯隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，激發(fā)起對(duì)生物塑料需求的增長(zhǎng)，生物塑料制造不用石油產(chǎn)品，使用后自我分解，聚乳酸是制造生物包裝材料的原料。生物塑料價(jià)格比用石油產(chǎn)品制成的普通聚合物貴1－3倍，用生物塑料包裝能有效抑制氧氣、水蒸氣、紫外線滲入，具有耐熱性。雖然生物塑料產(chǎn)品成本高，但生物包裝塑料需求仍然急劇增長(zhǎng)。

德國(guó)Biop生產(chǎn)商計(jì)劃在勃蘭登堡建設(shè)歐洲第一座工廠，用土豆淀粉生產(chǎn)生物塑料，年生產(chǎn)能力約3．5萬(wàn)噸，美國(guó)Natureworks公司年產(chǎn)15萬(wàn)多噸玉米塑料。

比利時(shí)很多商店使用生物塑料包裝水果、蔬菜和糕點(diǎn)。

法國(guó)2010年法國(guó)將允許超市只使用可分解材料紙袋。

美國(guó)生物降解塑料進(jìn)入美國(guó)主流市場(chǎng)；盡管生物降解塑料的成本仍舊比傳統(tǒng)塑料高出10%甚至更多，但生產(chǎn)企業(yè)卻發(fā)現(xiàn)需求正在增長(zhǎng)，這主要是因?yàn)橄M(fèi)者環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)以及環(huán)保法規(guī)的修訂。此外，生物降解塑料制品的強(qiáng)度不斷提高，為那些深知傳統(tǒng)塑料危害的環(huán)衛(wèi)工人和寵物主人帶來(lái)了福音。3

中國(guó)荷蘭DSM投資2000萬(wàn)美元在中國(guó)天津建立天津國(guó)韻生物材料有限公司，主要用于在天津經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)建設(shè)中國(guó)最大的聚羥基烷酯類(PHA)聚合物。PHA是一種新的可再生聚合物，應(yīng)用范圍極廣，包括汽車(chē)，生物醫(yī)藥和電子產(chǎn)品，纖維，薄膜和泡沫。

面臨問(wèn)題一、價(jià)格問(wèn)題。生物塑料現(xiàn)階段比普通塑料價(jià)格要高兩三倍，阻礙了這類材料的迅速普及。一些日本企業(yè)在其產(chǎn)品中使用生物塑料，主要是為了樹(shù)立企業(yè)的環(huán)保形象。不過(guò)，一旦生物塑料進(jìn)入批量生產(chǎn)階段，成本可大大下降。

二、生物塑料和生物燃料一樣可能會(huì)與人爭(zhēng)糧。生物燃料來(lái)源于玉米、小麥等糧食作物，會(huì)帶動(dòng)世界糧食價(jià)格上漲。以玉米等為原料的生物塑料也可能導(dǎo)致同樣的問(wèn)題。 日本、美國(guó)等國(guó)的科學(xué)家已著手用廢木材、野草等制造生物塑料。

三、生物塑料供應(yīng)仍較有限。產(chǎn)品價(jià)格在一定程度上仍受石油價(jià)格的推動(dòng)。

四、生物塑料的壽終管理問(wèn)題。其重心是PLA瓶對(duì)再生流的污染問(wèn)題。盡管當(dāng)前的PLA水平還未構(gòu)成嚴(yán)重的污染威脅，但大量的PLA瓶將有害于PET瓶的再生經(jīng)濟(jì)。

五、缺乏統(tǒng)一的生物塑料貼標(biāo)方法。

六、生物塑料的消費(fèi)者意識(shí)日益增加，但多數(shù)消費(fèi)者不懂得如何辨別這些材料—如生物材料與生物可降解材料，或是可再生材料與再生含量—和如何權(quán)衡不同的屬性。因此加強(qiáng)對(duì)消費(fèi)者的宣傳很重要，比如準(zhǔn)確地闡釋相關(guān)術(shù)語(yǔ)的定義。 此外消費(fèi)者對(duì)生物降解材料的最佳處置路線也了解甚少。生物塑料行業(yè)需加強(qiáng)營(yíng)銷(xiāo)，以打消某些消費(fèi)者的不信任同樣也是十分重要的。

七、全球變暖問(wèn)題。生物塑料可以不同程度的進(jìn)行生物降解，它為世界指明了一條不再依靠石油生產(chǎn)塑料的道路。但生產(chǎn)商的“綠色論點(diǎn)”十分復(fù)雜，環(huán)保主義者也對(duì)其持保留看法。生產(chǎn)生物塑料會(huì)產(chǎn)生二氧化碳，導(dǎo)致全球變暖。

八、對(duì)轉(zhuǎn)基因材料安全性的疑慮。生物塑料所采用的原材料是農(nóng)作物——玉米、柳枝稷、甘蔗，甚至是甘薯——這些都需要土地和水源才能種植。為促進(jìn)發(fā)酵，生產(chǎn)商采用的往往是轉(zhuǎn)基因生物，而回收利用這種塑料也存在一些缺陷。4

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

曹慧慧 - 副教授 - 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)