01
生物基聚合物的发展概况
全球气候变暖和化石资源日渐耗竭的严峻现实,推动着新生物经济的发展。据统计,过去10年,生物基聚合物产能以两位数的年均增长率增长。欧洲生物技术相关领域顶级的独立研究机构NOVA研究所预计,年世界生物基聚合物产能可达万t,其中生物基聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚乳酸(PLA)和聚羟基脂肪酸酯(PHA)的市场增长率最高。替代型生物基聚合体在化学结构上与化石基聚合物相同,受到业内广泛重视。
目前,使用生物基乙二醇(MEG)单体和化石基对苯二甲酸(TPA)制得的30%生物基PET已进入市场并在包装等领域得到应用。与此同时,替代型生物基PX-TPA单体技术的研究与开发也取得了巨大进展,%生物基PET有望在未来成为产能最大的生物基聚合物。现阶段,生物基聚合物的制备方法大致有以下3种途径(图1)。
图1生物基聚合物的几种制备路线
(1)天然聚合物改性
即通过天然聚合物改性,制备以淀粉、纤维素为原料的生物基聚合物。
(2)生物质原料转换技术
以纤维素与淀粉为原料,采用生物催化过程,完成新单体如乳酸(LA)、2,5-呋喃二甲酸(FDCA)聚合过程而得到全新的聚合物,诸如PLA和聚2,5-呋喃二甲酸乙二酯(PEF)等。另外一种制备工艺是通过生物化学催化过程,得到诸如乙烯、TPA的替代型生物基单体,进而得到可替代石油基聚合物的生物基PE和生物基PET。
(3)CO2/H2O光合成(Photosynthesis)直接制备聚合物技术
取材于CO2原料,具有丰富易得、价廉、安全、不易燃和不氧化等特征,可通过光合成方法直接制备聚合物材料。目前,全球每年CO2排放量在亿t左右,企业面临节能减排的巨大压力。CO2作为原料直接用于制备聚合物材料,虽属探索性研究,但该项技术仍受到诸多跨国公司的重视。依据NOVA研究所年发布的信息,全球已有30多家公司的研究人员利用CO2原料成功制得了多种生物基聚合物材料,其中包括PHA、PLA、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)以及聚氨酯(PUR)等聚合物产品。目前,通过电化学方法制备CO2基碳纳米纤维的试验以及生物基PHA的探索研究等已取得成功;德国Bayer(拜耳)公司立足于CO2制备生物质多元醇的研究亦在进行中。
02
生物可再生资源的选择与应用
碳循环管理已成为当前最受