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生物降解塑料应用前景良好 |
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| http://cn.newmaker.com
10/1/2005 11:20:00 AM
佳工机电网
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据专家预测，在2010年前，世界生物降解塑料的市场需求将每年增加30%，到2010年生物降解塑料的市场规模将增加到130万吨，生产能力将达到100万吨。当前，生产降解塑料的国家主要有美国、德国、意大利、加拿大、日本、中国等。
美国是开发降解塑料的主要国家之一。目前设有开发机构和生产企业十几家，包括塑料降解研究联合体（PDRC）、生物/环境降解塑料研究会（BEOPS）等。其中Gargill Dow公司是世界上生物降解塑料产业化生产规模最大的公司，主要生产聚乳酸系列的生物降解塑料，现已建成14万吨/年规模的生产能力。该公司宣布在未来两年内，将投资30亿美元进行聚乳酸和聚交酯的大规模产业化。
德国的巴斯夫公司正成为欧洲生物降解塑料市场的新龙头。该公司推出商品名为Ecoflex的生物降解塑料，产业化能力为3万吨/年，并计划于2005年后在法国、北美和亚洲开设更多的新工厂，其产业化目标之一是在两年内将产品成本降到与普通塑料一样。
意大利是世界上最早进行生物降解塑料产业化的国家之一，有多家研究机构。生产企业中最着名的Novamont公司在国际市场占重要地位，主要生产淀粉系列的生物降解塑料，可应用于多个领域。
中国开发机构和生产企业对于降解塑料的研制开发也日渐活跃，并部分进入工业化生产。研究单位包括苏州大学材料工程学院、上海复旦大学环境科技公司、中科院微生物所、汕头市联亿生物工程公司等。
主要品种
运用生物化工技术，国内外生产生物降解塑料的技术已经趋向成熟，推出了多种完全生物降解的塑料产品，包括聚羟基脂肪酸酯、聚乳酸、全淀粉塑料及大豆蛋白塑料等。其中，聚乳酸与聚羟基脂肪酸酯是目前发展较快、应用渐趋成熟的两种。
聚羟基脂肪酸酯（PHA）
PHA采用微生物发酵技术，将玉米之类的农产品原料转化为生物可降解塑料。由于具有生物可降解性、生物相容性、压电性等许多优良性能，这种塑料在众多领域如生物降解性包装材料、组织工程材料以及电学材料等方面得到广泛应用。
中国在PHA研究方面介入较早，总体接近世界水平。目前此类高分子合成材料已有100馀种。但是，对PHA微生物合成的工艺改进却远远落后于PHA新材料的开发。真正实现大量生产的PHA只有PHB、PHBV和PHBHHx，还有100多种没有实现批量生产，限制了其应用开发。另一方面，与PHA合成有关的基因越来越多地被克隆出来，通过对这些基因的分子进化诱变和基因的交换，将有可能得到高产的菌种和新的PHA。
采用PHA加工而成的高分子塑料，能被数种水生细菌逐渐降解成二氧化碳、水等小分子物质。但是，最近俄罗斯专家发现，气温异常升高等天气因素会大大降低这种塑料的生物降解速度。当春季气温升高，水域温度达到13.4摄氏度时，水中的蓝藻纲植物便会大量滋生，给降解细菌的生活环境带来不利影响，使其降解聚羟基脂肪酸酯的速度降低97.5%。
聚乳酸
聚乳酸生产是以乳酸为原料。传统的乳酸发酵大多用淀粉质原料。目前美、法、日等国家已开发利用玉米、甘蔗、甜菜、土豆等农副产品为原料发酵生产乳酸，进而生产聚乳酸。
玉米是生物降解塑料的首选原料。制造生物降解塑料的工艺过程如下：首先把玉米磨成粉，分离出淀粉，再从淀粉中提取出原始的葡萄糖，最后用类似啤酒的发酵工艺将葡萄糖转化成乳酸，再把提取出来的乳酸制成最终的聚合物——聚乳酸。
聚乳酸有良好的防潮、耐油脂和密闭性，在常温下性能稳定，但在温度高于55℃或富氧及微生物的作用下会自动降解。使用后它能被自然界中微生物完全降解，最终生成二氧化碳和水，不污染环境，这对保护环境非常有利。聚乳酸的降解分成两个阶段：首先是纯化学水解成乳酸单体，然后乳酸单体在微生物的作用下降解成二氧化碳和水。聚乳酸制成的食品杯只需60天就可以完全降解，真正达到生态和经济双重效应。
应用市场
中国降解塑料的研究开发始于农用地膜。但是，相对于地膜，包装市场的潜力更大，更为业者所看好。而被称为“智能生物材料”的降解塑料应用于医疗行业，可创造巨大的利润，因此也备受关注。
包装行业
一次性塑料包装制品带来的环境污染问题日趋严重。为此，降解塑料正被积极开发以用于包装，主要是一次性包装，如垃圾袋、购物袋和餐盒等。
聚乳酸具有优于聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等热塑性塑料的优点，被产业界认定为最有发展前途的新型包装材料之一。这种材料的机械性能和物理性能良好，适用于吹塑、吸塑等多种加工方法，可加工成薄膜、包装袋、包装盒、一次性快餐盒、饮料用瓶等等。
这些产品已成为多彩包装市场的重要成员。例如，美国College Farm牌糖果采用了以聚乳酸材料生产的包装薄膜，这种薄膜结晶透明性良好，扭结保持性和可印刷性强，并且阻隔性较高，能很好保持糖果的香味；法国达诺内奶制品公司，也于去年制造出一种从甜菜中提取乳酸制成的酸奶盒和杯子，生产成本大幅度下降；又如丹麦Faerch塑胶公司，其新型聚乳酸制品适用于包装各种低温新鲜食品，包括各种面食、肉及沙拉等。
美国市场研究机构Grapentine公司的一项调查研究发现，41%的美国消费者和59%的欧洲消费者非常渴望购买以天然材料制成的可生物降解塑料包装的食品。其中大约74%的美国消费者愿意多付10美分，而77%的欧洲消费者愿意为此多付5欧分。由此可以预见，在当前石油资源紧张和追求环保的状况下，天然的可生物降解塑料前景诱人。
医疗制品行业
除了作为包装材料外，生物降解塑料由于具有良好的生物相容性和生物可降解性，在医药领域应用也非常广泛。聚羟基脂肪酸酯和聚乳酸都已经成为生物材料领域最为活跃的研究热点，据称这些材料制造的医疗制品的利润在100%-200%之间，甚至更高。
PHA在外科领域的典型应用是做生物材料，如手术试纸、绷带及手术用手套的润滑粉；也可做与血液相容的膜制品；还可用做血管移植物或脉管替代物以及骨裂固定盘等；另外，还可作为新型医学材料如骨板、骨钉以及制作三维支架应用于组织工程。
在组织工程方面，与其它聚合物相比，PHA的性能可以适应范围更广的需要，例如可以通过多种处理手段在聚合物表面接连上各种生物活性因子，还可以改变表面和机械性能，聚合物的降解速率也可以通过一系列的方法来改变和控制。而且，由于现已有多种构造骨架的技术手段，以及PHA中聚合物材料多样性的性质，可以根据人体组织的性能特点，设计出所需的组织骨架。
聚乳酸在生物医用材料中的应用也非常广泛，可用于医用缝合线、药物控释载体、骨科内固定材料和组织工程支架等。例如，聚乳酸可制成无毒并可进行细胞附着生长的组织工程支架材料，其支架内部可形成供细胞生长和运输营养的多孔结构，还可为支持和指导细胞生长提供合适的机械强度和几何形状。其缺点是缺乏与细胞选择性作用的能力。
聚乳酸具有优良的生物相容性，无毒、可生物降解，降解产物不会在重要器官聚集；同时，聚乳酸及其共聚物具有良好的物理、化学性能。其强度、机械性能、降解速率等可通过分子量控制，共聚体的组成及配比可以方便的调节，而且生成的制品形状包括微球、纤维、膜和模塑成品等。
当然，聚乳酸在实际应用过程中还存在一些困难，如聚乳酸及其共聚物体系制品的强度需进一步提高，生产成本需进一步下降，需解决植入后期反应和并发症问题等等。但是我们仍可预见，聚乳酸及其他可生物降解高分子材料在医用方面将会有难以估量的应用前景。
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