可降解高分子材料的降解途径

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可降解高分子材料的降解途径范文第1篇

[关键词]聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯、聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯、淀粉基塑料

中图分类号：TQ320.7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）16-0274-01

传统塑料主要来自石化资源，因其不易降解和回收利用，给环境造成极大污染，并造成对石化资源的严重浪费，寻找非石油基环境友好的材料迫在眉睫，生物可降解塑料是解决这个问题的有效途径。目前研究最广泛的可降解塑料有聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯、聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯、淀粉基可降解塑料等。

一、聚乳酸（PLA）生物可降解材料

聚乳酸（PLA）是以乳酸为原料制备的高分子材料，具有无毒、无刺激性、强度高、易加工成型和生物相容性好等特点，制品在使用后可完全降解。按单体不同，PLA分为PLLA、PDLA和PDLLA。当前国内外PLA生产企业主要以生产不同规格的PLLA为主。PLLA单独使用具有熔点低、结晶慢、耐热性差等缺点，通过与PDLA共混，可形成立构复合体，改善成核、结晶速度，提高材料耐热性。PLA可用于一次性饭盒以及其他各种食品、饮料外包装材料；可用于纤维和非织造物等，包括服装、建筑、农业、林业、造纸、医用等领域。

聚乳酸是以乳酸单体为原料经过聚合等工艺制备得到的高分子聚合物，制备方法分为一步法和两步法，一步法难以制备得到高分子量的聚合物，基本无应用价值，目前国内外厂家主要通过两步法工艺生产聚乳酸。两步法工艺需经历中间体丙交酯阶段。

聚乳酸主要生产企业：

二、聚丁二酸丁二醇酯 （PBS）生物降解塑料

PBS是以丁二酸与丁二醇为原料制备得到的高分子材料，具有良好的生物相容性和生物可吸收性，易被自然界的多种微生物或动植物体内的酶分解代谢，是典型的可完全生物降解材料。但PBS的加工温度较低、黏度低、熔体强度差，难以采用吹塑和流延的方式进行加工。另外PBS制品往往呈一定脆性，应用受限。PbS主要用于包装、餐具、容器、一次性医疗用品、农业、生物医用高分子材料等领域。

PBS的聚合前体主要原料为丁二酸；丁二酸的生产主要是通过石化法合成， 目前丁二酸的生物制造技术是国际竞争热点， PBS（聚丁二酸丁二醇酯）是以丁二酸与丁二醇为原料经过聚合制备得到的高分子聚合物。

PBS主要生产企业：

三、聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯（PBAT）生物可降解材料

PBAT是对苯二甲酸丁二酯和己二酸丁二酯的共聚酯。作为一种新型的生物可降解共聚酯，PBAT兼具了芳香族聚酯和脂肪族聚酯的优点，既具有很好的热性能、机械性能，又具有生物可降解性和加工性，可以用它与脂肪族聚酯 PLA 等共混，来改善脂肪族聚酯的机械和力学性能。PBAT的加工性能与LDPE非常相似，可用LDPE的加工设备吹膜。PBAT主要用作农用地膜、垃圾袋、保鲜膜、堆肥袋、淋膜和餐盒、餐盘、杯子等。

PBAT主要生产企业：

四、淀粉基可降解塑料

淀粉基生物降解塑料是淀粉经过改性、接枝反应后与其他聚合物共混加工而成的一种塑料产品，具有生产成本低、投资少、使用方便、可生物降解的特点。淀粉基热塑复合材料不仅具备一般高分子材料所共有的基本特性，而且具有完全可降解性，可替代当前广泛使用的塑料材料。

淀粉基生物降解塑料已有3O年的研发历史，具有研发历史久、技术成熟、产业化规模大、市场占有率高、价格较低的特点。淀粉基生物降解材料主要用作包装材料、防震材料、垃圾袋、地膜、保鲜膜、食品容器、一次性餐具、玩具等。

淀粉基可降解塑料主要生产企业：

五、总结

目前各种生物可降解材料前景较好，但市场开拓、产品成熟度、产品性能开拓、产品应用等方面，需要时间开拓；当前石油价格低、石油基塑料产品价格优势明显，生物可降解材料同石油基材料竞争，目前还不具备条件；生物可降解材料的发展，还需要政府政策、税收优惠、市场等方面的支持；随着国内外对环保的要求越来越高，可降解材料的相关政策将会越来越好；同时随着可降解材料生产技术的提升，可降解材料的成本将越来越低。

参考文献

可降解高分子材料的降解途径范文第2篇

关键词:绿色化学;高分子;设计实验

高分子化学是一门实用性和实验性都很强的学科,是化学、化工、材料等专业必须修读的基础课程,与原有的四大化学并列,成为第五大化学。高分子材料已深入到人类生活和生产的每个角落。

高分子化学教学过程中发现,在实验内容等方面存在一定的局限性和不足之处,其完善需要经历一个不断实践和更新论证的过程。将高分子实验课中聚合物的分子设计、合成、加工和测试等实验内容有机结合,组成一门高分子科学实验课程,是高分子教学改革的必然趋势。

一、高分子设计实验课开设的必要性

廊坊师范学院化学与材料科学学院材料化学专业的高分子化学实验于2008年开设以来,由本专业教师在部分科研成果及其他院校高分子化学专业实验教学资料和经验的基础上,对设计实验的内容进行了设定。高分子设计实验的开设,为学生专业实验技能的培训、动手能力的培养以及思维创造力的提高等方面起到了积极的促进作用。

设计性实验是指给定实验目的、要求和实验条件,由学生自行设计实验方案,并加以实现的实验。设计性实验有利于培养学生的实践能力,提高学生探索新问题的兴趣、研究问题的综合能力。开设设计性实验时,要注意紧紧围绕学生的综合能力、初步设计能力及创新意识培养这一目标,注意与课程设计、课外科技活动、集中的综合训练相结合。

传统实验在与理论教学的配合上,是教师根据教学的一般规律或实验内容安排的,而不是学生根据各自学习中的需要或进一步探索的兴趣所确定的,无法体现个性的发展。验证性实验一般是前人做过的,经过精简提炼,专门为教学而设计的实验,实验没有次要的实验现象的干扰,这对学生今后从事科学研究和对新事物的探索非常不利。在高校中开设设计性实验,营造培养学生创造性思维能力的环境是非常必要的,有利于提高学生的综合素质和创新能力。

二、注意培养绿色环保和可持续发展意识

1.绿色化学的核心内容

绿色化学又称环境无害化学或环境友好化学,是指设计和生产中,使用没有或者尽可能小的产生环境副作用的化学品。绿色化学的核心内容主要体现在:第一是减量,即减少三废排放;第二是重复使用,如催化剂、载体等;第三是回收,可以有效地实现省资源、少污染、减成本的要求;第四是再生,是节省资源、能源,减少污染的有效途径;第五是拒用,如不用有毒副作用及污染严重的原料,这是杜绝污染的最根本方法。

开发新型的、可生物降解的高分子材料,解决“白色污染”问题;以及充分应用可再生资源,即:采用可再生资源做化学化工原料,是绿色化学的重要任务和方向。众所周知,“白色污染”是当今社会的一大公害,塑料作为合成高分子材料,具有性能多样、用途广泛和价格优廉的优点,已成为人类生产和生活中不可缺少的一种材料。然而,废弃塑料造成很大的环境污染。在实验教学中,应注重强调高分子材料的环境同化,高分子材料的循环和再生技术,探索高分子材料与生态环境的相互影响,实现高分子材料与生态环境的和谐等内容。

2.绿色化学的重要指标

绿色化学的一个重要指标是原子利用率,其定义为:期望产品的摩尔质量占化学方程式中按计量所得物质的摩尔质量的比值。高分子材料的制备包括单体的合成,聚合物的合成及聚合物的加工,前两步都有一个原子利用率的问题。要实现绿色化,只有在合成中提高原子利用率,才会真正减少废物的生成。

绿色化学的理想是指:不使用有毒有害的物质,不产生有毒有害的废弃物,不使用对环境有害的落后化学工艺。其目的是把现有的化学和化工生产的技术路线从“先污染,后治理”改为“从源头上根除污染”。

3.开设小量、半微量实验

有关绿色化学的教育才刚刚起步,国内大多数学校尚未涉足。现有的化学实验课程的教学内容难以体现绿色化学思想,不少实验仍大量使用有毒有害药品,产生大量的“三废”,对微型化学实验研究推广不够。

传统的常量实验药品用量大,导致教学经费投入大、资源利用率低、环境污染严重等。可以在某些实验开设小量、半微量实验。这些小量、半微量实验对学生实验技能、实验的准确性和精密度等都提出了更高的要求。

绿色环保和可持续发展已成为企业生产和发展必须考虑的因素。在设计专业实验时,尽可能地采用专业、简单高效的实验路线,教师在讲授时将其他生产过程和工艺进行对比,强调整个实验过程的经济性和环保效益,让学生充分体会到增强环保意识和可持续发展对社会经济发展的重要性。通过给学生灌输环保和可持续发展的理念,为学生今后生产设计和研究开发等工作提供一个基本的思想准则。

三、将科研与实验教学结合起来,开发应用型实验

1.将废旧高分子的综合利用作为设计实验内容

高分子化学是一门应用性很强的化学基础学科,是材料化学专业的重要专业基础课,对于材料化学专业的学生,学习高分子化学不仅要全面掌握高分子化学的理论知识,更重要的是要学会高分子的实验方法以及在实际中的应用。我们从废旧高分子的综合利用出发,探讨科研成果转化为高分子设计实验的研究与实践。

废旧高分子材料的综合利用是绿色化学的重要组成部分,它将对减少环境污染具有重要的实际意义,同时又能获得有价值的工业原料,对能源的再利用具有一定的意义。在我们的教学实践中,在已经具备的课题组成员大量前期科研成果基础上,对废旧聚苯乙烯、废旧有机玻璃、废旧聚氨酯和聚酯进行再利用研究。设计实验的内容包括对控制反应的几个因素:升温速度、温度、催化剂种类与用量、反应时间等进行优选。这类设计实验的开设使学生对绿色化学的概念有一个深入理解,使学生增强环保意识、掌握废旧高分子材料的综合利用方法,对从实际出发锻炼自身科研能力有重要意义。

在高分子实验教学中,适时引入“降解”这一高分子学科中的重要概念,并适当介绍高分子降解中的一些问题,如生物、光、辐射、热、机械及化学等因素引起的降解规律,并介绍相关高分子的设计方法。也就是让学生正面理解“聚合”的同时,也从反面理解了“降解与解聚”,这样就形成了一个完整的教学体系。

2.将天然可降解高分子作为设计实验内容

目前对付“白色污染”的方法一般是以填埋和焚烧为主,还有再生利用。再生利用的费用较高,难以推广,最好的方法是开发能够降解的环境友好材料。这种材料能够在环境条件下分解成能纳入自然生态循环的小分子物质。现在一般以淀粉、纤维素、甲壳素、壳聚糖等天然多糖为原料,采用共混或接枝等方法得到聚合物(如塑料),这类制品可以生物降解,最终转化为二氧化碳和水,纳入生态良性循环。

高分子设计实验中可以开发一些能联系实际生活的应用型实验,将教师的科研工作与实验教学紧密联系起来,体现出高分子科学实验的实用价值,能强烈地激发学生的创造性。

基于此,在高分子设计实验中我们增加了“从虾壳蟹壳制备甲壳素和壳聚糖并用于工业废水的净化”,本设计实验是从绿色高分子角度出发,将回收的虾壳蟹壳经水洗、稀酸浸泡、稀碱浸泡等方法先制备甲壳素,然后用碱煮的方法将制得的甲壳素进行脱乙酰化,制备出壳聚糖初产品,再用沉淀法进行纯化得壳聚糖纯品。将壳聚糖纯品分别进行脱乙酰度、平均分子量、灰份含量、水份含量的测定。将得到的甲壳素和壳聚糖用于工业废水中重金属离子和有机酸的吸附分离。

四、培养学生绿色化学思想和对高分子实验的兴趣

兴趣是学习的最大动力,学生只有具有了学习兴趣,才会主动花时间和精力钻研所学的内容。目前,实验课几乎全部是程式化过程,教师总是先讲解实验原理、操作步骤、注意事项等,学生被动地听,不去思考,机械地完成每一步操作,为实验而实验。实验带给学生的不是学习的兴趣,更不用说培养思考能力和兴趣了。因此,在课程实验教学阶段,通过质疑引思、举例与联想、归纳总结、启发式教学等方法来实现开拓创新。

可降解高分子材料的降解途径范文第3篇

关键词：聚丁二酸丁二醇酯（PBS）；制备技术；应用前景；生物降解性；石油基产品 文献标识码：A

中图分类号：TQ323 文章编号：1009-2374（2015）15-0048-03 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2015.15.024

1 聚丁二酸丁二醇酯（PBS）综述

1.1 聚丁二酸丁二醇酯（PBS）定义

聚丁二酸丁二醇酯（PBS）作为一种新型塑料材料，结构是丁二酸与丁二醇经常复分解反应后形成的酯，分子式为：HO-[CO-（CH2）2-CO-O-（CH2）4-O]n-H，

具有生物降解性优异、用途广泛等特点，常用于塑料包装、食用餐具、农用薄膜、医用高分子材料等领域。与其他降解型塑料相比，PBS的成本低、性能良好，能非常好地与其他不同材料进行有效聚合，因此其工业应用前景非常广阔，具有很好的市场与经济价值。

研究表明，聚丁二酸丁二醇酯（PBS）以二元酸以及二元醇等化学物质为主要原料，通过一系列化学反应而合成。经过多年的科学实验与工业声场，PBS的加工性能已经比较成熟，可在绝大多数塑料设备上开展任何形式、任何类型加工。此外，PBS也可以与碳酸钙、淀粉等廉价填料共混，以此来以降低生产质保成本。

1.2 聚丁二酸丁二醇酯（PBS）的性能

研究表明，聚丁二酸丁二醇酯（PBS）塑料除了具有普通塑料的性能外，同时还具有透明性好、光泽度强以及印刷性能好等多种特点，是目前被公认为最有前景的绿色环保型高分子材料。具体来说，聚丁二酸丁二醇酯（PBS）的性能主要表现在以下四个方面：

1.2.1 良好的加工性。工业研究与应用显示，聚丁二酸丁二醇酯（PBS）具有良好的加工性能，加工温度比较高，一般在150℃～200℃之间。可在多种常用的塑料加工设备上开展注塑、挤出以及吹塑等各类成型加工，是学术界与工业加工行业公认的加工性能最好的材料。此外，该型材料还可以与碳酸钙、淀粉等其他物质进行混合，降低生产、使用成本。

1.2.2 良好的耐热性。聚丁二酸丁二醇酯（PBS）的耐热性也非常优异，多年的实验与工业研究表明，聚丁二酸丁二醇酯在各类塑料中的耐热性能最出色，能非常好地满足工业对塑料用品耐热性的需求，从而广泛应用于冷热饮包装和餐盒等塑料材料。

1.2.3 低降解性与化学性能稳定性。降解是与形成相反的化学反应，是指大分子化合物经化学反应回归到小分子化学的过程。化学稳定性是指材料对来自外在因素腐蚀的抵抗能力。聚丁二酸丁二醇酯（PBS）的化学稳定性非常好，只有在化肥、土壤、水以及其他外在因素的环境下，缓慢的被微生物和动植物体内的催化酶分解，最终分解成二氧化碳和水。

1.2.4 良好的力学性能。与其他多种塑料相比，PBS具有更为优异的力学性，具有各类通用树脂的力学性能。

1.3 聚丁二酸丁二醇酯（PBS）的应用

由于聚丁二酸丁二醇酯（PBS）的上述性能，使它具有非常广的应用范围。

1.3.1 聚丁二酸丁二醇酯（PBS）广泛应用于包装领域，主要有包装垃圾袋、食品袋、各种冷热饮瓶子、农用薄膜、种植器具与植被网等。

1.3.2 聚丁二酸丁二醇酯（PBS）广泛用于各类日化用品。一般来说，日化用品对塑料制品的机械强度的要求比较严格，所以需要在PBS中添加滑石粉、碳酸钙等，满足日化用品的使用需求。

1.3.3 由于聚丁二酸丁二醇酯（PBS）具有生物相容性与可降解性等特点，从而广泛应用于医疗行业，如用于人造软骨、手术缝合线、手术支架等医用设备。

2 聚丁二酸丁二醇酯（PBS）应用的合成工艺

化学合成法在聚丁二酸丁二醇酯（PBS）合成中的应用最广泛，主要有溶液缩聚法、熔融缩聚法、扩链法、酯交换聚合法等。此外，聚丁二酸丁二醇酯（PBS）也可采用生物发酵法进行合成，但其成本较高，应用范围不广。

2.1 溶液聚合法

溶液聚合法的具体原理如下：在一定温度与催化剂条件下，使丁二酸与丁二醇发生化学反应，完成二者的酯化反应，在反应过程中使用不同的溶剂，减少反应生成的水分，然后在高温条件下发生缩聚反应。

一般来说，如果不能及时分离溶液聚合反映产生的水分，将会给PBS的聚合反应带来不利影响。因此，有学者对溶液缩聚法进行了提升与改进，以十氢萘为溶剂，以二元酸和二元醇为原料，在合适的温度与催化加条件下发生聚合反应，并用油水分离器取代传统水分离方法。该种方法适用于工业对塑料的大规模生产。

2.2 熔融缩聚法

熔融缩聚法将合成PBS的过程分成酯化阶段和缩聚阶段两部分。具体步骤为：在较低的温度条件下，以丁二酸和丁二醇为化学反应原料，进行熔融酯化反应，然后在真空、高温条件下完成缩聚反应。

该方法对催化剂的要求比较高，催化剂能直接影响PBS分子量的大小。学者在35℃与31.99kPa的条件下，以三氟甲烷磺酸钪和三氟甲基磺酰亚胺为催化剂完成聚合反应，取得了较好的效果。

但是，通过传统合成工艺聚合得到的PBS分子量相对较低，限制了PBS的合成效果与应用范围。因此，学者又进一步创新和改进了PBS的合成工艺，将缩聚反应分为预缩聚和真空缩聚两步，从而进一步提高了PBS聚合的效果与效率。

2.3 扩链法

扩链剂是一种分子量相对较低的双官能团化合物，易同高分子聚合物链的末端基团发生化学反应，可增加聚合物的相对分子量，进一步加快聚合反应。

使用扩链剂后的扩链法可使聚丁二酸丁二醇酯（PBS）的力学性能大幅提高，研究结果显示使用扩链法后的PBS的力学性能有所善、特性黏度有所增强、生物降解性也有所改善。

此外，使用扩链剂后的扩链法还可提高PBS的分子量，研究表明：采用该法后的PBS的分子量成倍增加，热稳定性也有所提高，但该扩链反应法所需的时间较长，反应条件也较为苛刻，因而使用范围较小。

2.4 酯交换法

在高温、高真空以及催化剂的作用下，使等量的二元醇和二元酸二甲酯进行酯交换，完成聚合反映，从而得到聚丁二酸丁二醇酯（PBS）。由于酯交换法中未使用溶剂，而且参加反应的二元醇可通过水溶剂或加热等简单操作除去，最终得到的PBS杂质含量较低。

3 聚丁二酸丁二醇酯（PBS）的改进

为进一步提高聚丁二酸丁二醇酯（PBS）的性能，许多学者开展了大量的针对PBS的改进性分析与研究，在不断提高PBS各类常用性能与特点的同时，也有效地提高了生物相容性和生物降解性特性，具体改进方法分为共聚改进方法和共混改进方法两种。

在实施共聚改进方法时，把芳香族类聚酯添加到PBS制备之中，能明显提高其既有的物理性能与力学性能。研究表明，将芳香基团连接在PBS侧链上，能使PBS的断裂明显伸长、撕裂度明显降低、生物降解性明显加强。把脂肪族组分添加到PBS的制备过程中，可有效改善PBS的脆性，提高其生物降解性等。

4 聚丁二酸丁二醇酯（PBS）的应用及产业化发展

PBS是降解能力非常强的化学聚合物，在自然条件下，可完成分解，且其分解产物是对自然环境没任何污染与破坏的水和二氧化碳。因此，大力发展与推广PBS及其相关产业，是有效降低塑料产量、环减环境污染的重要途径之一。

4.1 聚丁二酸丁二醇酯（PBS）的应用

以PBS作为主要的原料，可制造出化学性能与物理性能都非常优良的复合纤维。此外，将带有金属离子的陶瓷材料与PBS纤维混合，能制造出抗菌性能非常好的纤维材料。研究还表明PBS在人体内部的适应性非常好，在人体内可以被完全分解和吸收，且几乎不产生副作用。因此，PBS也广泛应用于医疗手术缝合线等。

4.2 聚丁二酸丁二醇酯（PBS）的产业化发展

近年来，欧美发达国家越来越重视PBS可降解塑料的研究与应用，投入大量的人力与物力，加大研发力度，从而明显加快了产业化发展的步伐。研究表明，生物降解性塑料的需求呈几何指数增长率，预计欧洲2015年消费量将超过100万吨。

20世纪末，日本的高科技公司以异氰酸酯为扩链剂，对传统缩聚合成得到、分子量相对较低的PBS开展改进，成功实现了相对分子量为200000的PBS聚合，极大地扩展了PBS的应用范围、加快了市场化应用步伐。

在国内，中科院下属的研究所自主研发了特种纳米微孔载体材料复合高效催化体系，实现了对相对分子质量超过200000的PBS的聚合合成，并与相关公司签署协议，合资组建分子材料公司，建设世界最大规模的PBS生产线，成功实现其产业化发展，这标志着中国生物降解塑料产业开始大规模产业化的新纪元。此外，由于PBS具有优异的性能，中科院在常用塑料加工设备上对PBS及其相关产品开展再加工与再成型研究，从而制备出加工性能更加优异、工业用途更加广泛的PBS材料，且该材料对设备和工艺的要求进一步降低。

PBS生物降解性聚酯作为塑料家族的品种之一，因其良好的性能特征与低污染性，正以很快的速度实现产业化、规模化发展。目前已经进入实用推广阶段，随着社会对环境污染的日益关注以及对降解塑料的不断需求量，其产业规模必定将进一步扩大。与此同时，发酵法生产丁二酸已实现商业化发展，技术也已成熟，为大规模生产与发展PBS提供来源保障，使PBS变成真正的绿色塑料，且其成本也将进一步降低，产品的应用领域还会不断扩大。

5 结语

目前，虽然PBS作为一类新型的生物降解材料，且国内外学术界与工业领域对其的研究与应用逐渐增加，但其在很多领域的研究存在局限与不足。不同学者的观点仍存在一定的分歧。本文认为，随着理论研究与实践应用的进一步深入与成熟，PBS的综合性能将会不断提高、成本与价格也将不断降低，并逐渐取代传统塑料，进一步降低对环境的污染与危害，从而真正实现可持续发展。

参考文献

[1] 廖才智.生物降解性塑料PBS的研究进展[J].塑料科技，2010，（7）.

[2] 刘钺，杜风光.生物降解塑料的产业化现状与前景

[J].河南化工，2012，29（8）.

[3] 张维，季君晖，赵剑，王小威，许颖，杨冰，王萍

丽.生物质基聚丁二酸丁二醇酯（PBS）应用研究进展[J].化工新型材料，2010，（7）.

[4] 黄关葆.聚丁二酸丁二醇酯的研究与产业化现状[J].纺织学报，2014，（8）.

[5] 王斌，许斌.聚丁二酸丁二醇酯（PBS）的现状及进展[J].化工设计，2014，（3）.

[6] 李彦磊，陈复生，刘昆仑，王洪杰，方志锋.可生物降解材料及其评价方法研究进展[J].化工新型材料，2013，（3）.

[7] 季君晖.新型全生物降解塑料PBS进展[J].中国科技成果，2008，（8）.

可降解高分子材料的降解途径范文第4篇

Abstract： The combination of the slow-release fertilizer technique and super-absorbent polymers can form slow-release fertilizer with water-retention， which has dual properties of water retention capacity and slow release at the same time. This paper reviews the present status， preparation and determining method of nutrient release of slow-release fertilizer with water-retention. The problems and development trends of slow-release fertilizer with water-retention are also analyzed.

关键词： 高吸水树脂；制备方法；缓释肥料

Key words： superabsorbent polymer；preparation method；slow-release fertilizer

中图分类号：S14 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）23-0303-03

0 引言

水和肥料是作物生长的基础条件，同时也是制约我国农业可持续发展的重要因素和资源。我国现有农业生产水平低下，农田化肥的当季利用率氮肥只有30-50%，磷肥为10-20%，钾肥为35-50%，低于国外同类肥料约5-20%。以氮肥为例，每年损失的氮量相当于1900多万吨的尿素，折合人民币380多亿元[1]。始于20世纪60年代的缓/控释肥料生产技术为解决化肥利用率低和化肥污染问题提出了新的思路和途径，并取得了令人鼓舞的研发进展[2]，

国内外的研究表明，缓/控释氮肥的利用率可高达70%以

上，比尿素或硫酸铵高出30-50%，增产10%以上，显出巨大的节肥增产效果。

另一方面，我国是一个水资源贫乏的国家，农业用水是我国第一用水大户，占我国水资源消耗的80%左右。高吸水树脂（superabsorbent polymer，SAP）是一类轻度交联的含有大量羟基、羧基等亲水基团的功能高分子材料，它能吸收其自身重量几十倍乃至上千倍的水，不仅可以提高土壤水分含量，防止水土流失，而且可以促进土壤团聚体的形成，增强土壤通透性，降低植物死亡率，提高土壤保肥能力，广泛应用于农田抗早保水、作物保苗增产、园林绿化、沙漠治理等[3]。将SAP与肥料复合一体化，制成具有吸水、保水性能的缓/控释肥料，能有效的提高肥料的利用率，减少灌溉频率，降低肥料浓度过高对作物的毒害作用及环境污染，近年来受到研究者的广泛关注。

1 高吸水树脂及种类

高吸水树脂是一种含强亲水性基团、并经过适度交联的功能高分子材料，能在短时间内吸收其自身质量几百倍甚至几千倍的水并具有良好的保水性能，即使在受热、加压条件下也不易失水，对光、热、酸碱的稳定性好。高吸水性树脂的开发与研究只有几十年的历史。1966年，G.F.Fanta等人最早从部分水解的淀粉接枝丙烯睛共聚物制得高吸水性树脂；1974年7月《化学周刊》报道了美国农业部北方研究所Weaver等在开发农产品玉米应用时，成功地制得了高吸水性树脂，开辟了SAP的新纪元；此后高吸水性树脂逐渐成为一个独立、新兴的科研领域。

目前超强吸水剂主要分为三大类：合成聚合物、天然高分子和天然高分子改性系列。合成聚合物系列包括：聚丙烯酸类、聚乙烯醇类、聚丙烯酰胺类等，由于合成聚合物系列反应易于实现且吸水率较高，故目前工业上生产主要以合成聚合物系列为主，但不易被生物降解，属于非环境友好型材料，且价格较高；天然高分子系列包括：淀粉、纤维素、壳聚糖、其他天然高分子等，天然高分子系列以可再生资源天然产物为原料，原料来源广，价格便宜，且有成为环境友好型材料的潜力，但保水率低、易水溶，在缓释肥料上研究应用较少；天然高分子改性是天然大分子与化工单体接枝共聚或混聚得到的半合成保水剂，它兼具合成材料吸水保水性能力强、可重复利用和天然原料成本较低的优势，是SAP型缓释肥中常用且最具开发前景的吸水剂种类。

2 保水缓释肥料制备方法

目前保水型缓释肥料主要有混合型、包膜/包裹型、吸附型以及化学反应型。

混合型吸水保水缓释肥料是直接把吸水性聚合物和普通肥料或者缓释控释肥料混合在一起来制备保水缓释肥料。

包膜/包裹型保水缓释肥料是指以肥料为核心，用含有高吸水性聚合物的包膜物质包膜，包膜法是将肥料与高吸水树脂复合的一种常见方法。根据肥料加入时间的不同，包膜法可分为两类，一类是在制备高吸水树脂的聚合体系中直接加入肥料，使肥料在聚合反应的进行过程中逐渐填充于树脂凝胶的三维网络；另一类是在水等液体的作用下将事先合成的高吸水树脂粉末粘附在肥料颗粒的表面，从而形成紧密的包膜结构。在实际应用中，这两种方法常常结合起来使用。包膜法的缺点在于，包膜过程中的聚合反应对肥料的性质影响很大，例如尿素在聚合热的作用下容易产生缩二脲，对作物种子和幼苗均有毒害作用；另外，肥料的存在对树脂的聚合过程及聚合物网络结构也有着一定的影响。

吸附型吸水保水缓释肥料是直接把高吸水性树脂浸泡在肥料溶液中，达到溶胀平衡后，干燥、粉碎来制备缓释肥料。这种工艺是最简单的制备保水缓释肥料的方法，能够提供一定量的水分和养分，但养分浓度不易提高。与包膜法及化学结合法相比，物理吸附法具有条件温和、操作简单、高吸水树脂的制备及其与肥料的结合过程相分离等优点。但是，用该法物理吸附的肥料在干燥过程中容易聚集在颗粒的表面，在使用过程中容易产生“突释效应”。另外，当肥料对高吸水树脂吸水倍率有较大影响时，与树脂结合的肥料量比较低。

化学反应型的保水缓释肥料是指通过吸水性聚合物的化学改性的方法，将肥料养分基团通过化学键键合在大分子骨架上，从而使其既有吸水、保水抗旱性能，又具有缓释性能。该方法提供养分形式主要来自两个方面，一是结合养分离子的解吸机制提供养分；二是通过材料的降解或分解机制提供养分。这两种机制提供养分的能力取决于合成材料的化学组成和性质。

3 保水型缓释肥料的性能测定方法

吸水保水缓释肥料的主要性能为养分释放速率和在土壤中的吸水保水作用。然而，吸水保水缓释肥料作为一种新型肥料和其制造工艺和释放途径、机理的不同，目前还没有统一的标准测定方法和标准。以下介绍几种常用的性能测定方法。

3.1 养分释放性能的测定

3.1.1 养分释放性能的测定方法 目前检测养分释放速率的主要方法有：水或缓冲溶液浸泡评价法、土壤评价法、生物学评价法。

水或缓冲溶液浸泡评价法[4]，将缓释肥料浸泡在水中或者在缓冲溶液中，静置，定期检测溶液中的肥料养分含量，比较常见的方法是7天静止水溶出率法。这种检测方法比较简单，是目前比较常见的方法。然而所测的结果与实际效果存在很大的差距。其主要原因是该法是在均相中进行，但是土壤是由固、液、气三相的非均相组成，再者土壤中的物理、化学条件以及生物作用等都会影响养分在土壤中的释放和转化。土壤评价法[5]：该法考虑了肥料在水中的溶出率和土壤层对肥料的吸附作用，将缓释肥料直接或间接的埋入土壤中，培养一段时间后，测定其养分释放速率。其中土柱淋溶法具有低成本、操作简单、耗时少且稳定性较高等特点，有较好的应用前景。生物学评价法[6]：以盆栽实验或大田实验来研究养分释放规律，通过作物不同生长时期的养分吸收量或者土壤肥料养分残留量与速效肥进行对照，计算缓释肥料的养分释放量。由于，不同土壤、不同的作物对同一肥料的吸收作用是不相同的；再者大田实验还受各种自然条件的影响，如降水、温度、虫害等条件影响；所得的实验结果难于得到一致的规律性，但是对于专用缓释肥料有较大的应用前景。除了以上几种常见的方法外还有同位素示踪法、电导法[7]、红外光谱法[8]等来检测缓释肥料的释放性。

3.1.2 影响保水型缓释肥料养分释放的因素 影响缓释肥料养分释放的因素主要有土壤含水量、温度、土壤种类、土壤中的微生物活性。土壤含水量是影响吸水保水缓释肥料养分释放的主要因素。研究表明，在田间含水量在25%-125%之间随着土壤含水量的增加养分释放速率也增加，含水量太低时会出现养分延滞现象。土壤温度与土壤蒸汽压和土壤的生物活性相关。土壤的蒸汽压随着温度的升高而升高，土壤的生物活性在温度为20℃到30℃之间，随着温度增加而增加。从而增加了肥料养分释放速率。不同的土壤种类，土壤的酸碱度、腐殖质含量、各种离子类型和浓度都不相同，而对于离子型保水材料其吸水保水性能受离子浓度、离子种类和PH的影响较大。离子浓度越高其吸水倍率越低，离子价态越高吸水倍率也越低。土壤中的生物活性一方面影响了肥料养分的转化速率，另一方面对于可降解的吸水保水缓释肥料起着决定的作用。

3.2 吸水保水性的测定方法 吸水保水性能是保水吸水缓释肥料的另一重要性能。对于吸水保水缓释肥料的吸水保水性能的检测主要是参考高吸水性树脂对于土壤的吸水保水检测方法。将缓释肥料埋入土壤中，以比较含有吸水保水缓释肥料和未添加吸水保水缓释肥料的土壤的饱和吸水量和蒸发比作为评价标准。

4 保水型缓释肥料存在的问题及发展前景

4.1 存在的问题 保水型缓释肥料能提高肥料利用率、降低经济损失的同时又能减少肥料对环境的污染，节省农业用水，提高作物产量等优点，目前已经成为国内外研究的热点。然而保水型缓释肥料在性能、推广等方面仍然存在着一些问题，主要有以下几个方面：①保水缓释肥料的吸水保水性能与吸水保水材料的吸水保水性能存在着较大的差距，主要是因为目前的肥料一般是电解质类的，这对高吸水树脂的吸水倍率有较大的影响。②保水型缓释肥料的成本较高，价格昂贵，难于推广。③保水型缓释肥料由于其吸水保水性能使其难于长期保存。④目前对于保水型缓释肥料的养分释放机理和释放动力学等理论研究比较缺乏。⑤使用合成系高吸水性树脂，由于其降解性较差会在土壤中残留，长期大量使用，务必对土壤造成一定的影响，而天然可降解高吸水性树脂其性能较差。⑥高吸水树脂在土壤中会形成凝胶，其强度大大降低，作为包膜层容易出现漏洞，使养分的缓释性能不均匀达不到理想的效果。

4.2 发展趋势和前景 保水型缓释肥料无论对于我国广大的干旱、半干旱地区，还是南方季节性干旱地区，无论对于大田粮食作物、经济作物、果树生产，还是园林绿化、防风固沙、水土保持工程都具有广阔的应用前景，对于节约水肥资源，减少污染，改善生态环境，增产增收，实现农业的可持续发展都具有重要的意义。其发展趋势和研究方向主要有以下几点：①寻找廉价的材料、原料，简化合成工艺路线，大幅度降低成本。②加强理论研究，比如养分释放机理、保水机理等的研究。③开发可降解的改性天然系高吸水树脂作为包膜层的保水型缓释肥料。④提高保水型缓释肥料的耐盐性和吸水后的强度。⑤定量的评价其给社会、经济和环境保护带来的效应。

参考文献：

[1]李庆逵，朱兆良，于天仁.中国农业持续发展中的肥料问题[M].南昌：江西科学技术出版，1998：1-5.

[2]赵秉强，张福锁，廖宗文等.我国新型肥料战略研究[J].植物营养与肥料学报，2004，10（5）：536-546.

[3]刘瑞凤，宗莉，张传卫等.多功能复合材料对土壤物理性质的影响[J].中国农学通报，2005，21（6）：424-426.

[4]张民，杨越超，宋付朋等.包膜控释肥料研究与产业化开发[J].化肥工业，2005，32（2）：7-12.

[5]崔静，谷思玉，李菊梅等.缓/控释肥养分释放特性的评价方法概述[J].化肥工业，2009，36（1），23-27.

[6]何圆球.红壤丘岗区农林渔生态系统结构/功能和优化模式研究[A].中国科学院红壤生态实验站.红壤生态系统研究（第五集）[C].北京：中国农业科技出版社，1998，1-27.

可降解高分子材料的降解途径范文第5篇

Editor’s note：Bio-based polyester is an important kind of eco-friendly polyester products， and it has attracted more and more attention in some developed regions including EU， US and Japan. Some enduse brands also join the team to drive the development of bio-based polyester， such as the top soft drink brands Coca-Cola and Pepsi. However， there is a consensus that bio-based polyester can hardly totally replace the petroleum-based polyester in a long time， due to its economy and technology bottlenecks.

全球生物基聚合物材料的市场发展

Market Development of Global Bio-based Polymers

资源与环境是人类在21世纪实现可持续发展所面临的重大问题，生物技术和生物质资源将成为解决这一问题的关键之一。

生物基高分子材料是传统化学聚合技术和工业生物技术的完美结合。目前世界上合成的高分子材料主要是石油化工材料，与之相比，生物基高分子材料具有原料可再生等特点，开发前景广阔。据统计，2011年全球生物基原料生产的可降解和非降解的高分子聚合物达到116.1万t，预计2016年可达578万t，从2011年后的 5 年内，主要的增长将源自生物能源的技术突破，从实验室走向规模化的步伐加快，其副产物用于合成和转化聚合物的原料来源相对充足，为已经具备在现有聚合物生产装置上替代部分矿物资源的连续化批量生产提供可能，且具备相当的市场竞争力。

据乐观预计，到2050年，生物基聚合物产量可达1.13亿t，约占有机材料市场的38%；即便保守估计，到2050年，其产量也可达2 600万t。到2015年，生物基聚合物市场将达到68亿美元，2010 — 2015年的年增长率约为22.8%，而其中，市场增长最快的将是聚羟基脂肪酸酯（PHA）、PLA和生物乙烯等用于生产生物塑料的材料。表 1 是2015年生物基聚合物的预测产能。

欧洲生物基塑料协会（European Bio-plastics Organization）将生物基塑料分为四大类，一是采用生物基原料生产非自然降解的材料，例如全部采用生物基原料的PE、PP、PVC、PTT、PET、PEF等；二是部分生物基原料MEG、丁二醇、丁二酸、1，3-丙二醇（PDO）等生产的PBT、PET、PTT、PU等；三是全部采用生物基原料生产并在完全自然条件下可生物降解的聚合物，例如PLA、PHA等；四是部分采用生物基原料（单体），合成达到可生物降解国际标准的聚合物，例如聚丁二酸丁二醇（PBS）、PBST、PCL等。

据统计，2011年，世界范围内生物基塑料的区域分布发生了一些变化，发展中地区的亚洲和南美占总产量的2/3，其中亚洲地区占34.6%，南美地区占32.8%，欧洲占18.5%，北美和澳洲分别占13.7%和0.4%。从合成材料的种类来看，非降解领域用部分采用生物基单体的聚合物PET占据38.9%，其次是PE，占17.2%，采用生物基单体和可降解应用领域的聚乳酸（PLA）、脂肪族可降解聚酯占26.1%。生物基聚酯类合成材料接近50%。

据欧洲生物基塑料协会介绍，生物塑料正呈现快速增长的态势，到2016年其产能将增加近70%。引领这种增长的将是PLA和PHA，分别为29.8万t（增长50%）和14.2万t（增长550%）。而由HelmutKaiser顾问公司完成的一份有关生物塑料市场的报告则指出，全球生物塑料市场将快速增长，预计年均增速可达8% ～ 10%，将由2007年的10亿美元增至2020年的100亿美元。与之匹配的是，到2015年，全球生物塑料的需求量据称将由2010年的57.2万t增至300万t以上。

随着生物基塑料的不断发展，大到电视机的支架、电脑框体，小到小摆件、厨房垃圾袋，这些材料将越来越多地走进人们的日常生活中。据了解，目前在北美市场已有约 2 万余种产品由生物基原料制成。

日益增长的低碳经济发展诉求和波动的原油价格都在一定程度上推动了这一领域的发展，同时，技术的不断进步改善了生物基塑料的性能，也为其开辟了更多的市场机会。美国Freedonia Group公司最新的报告称，从2012 —2016年，美国对生物塑料的需求将以每年20%的速度增长，达到25万t的规模。到2016年其生物塑料销售额将达6.8亿美元，这主要得益于该领域的技术创新，在提高生物塑料性能的同时也降低了成本。该报告称，在2011年的生物塑料销量中，生物可降解树脂虽然占据了绝大多数的份额，但生物基树脂的不断发展将使整个市场改头换面。到2021年，这类材料占总需求量的比例将从2011年的13%增至40%以上，其背后的推动因素包括生物基聚乙烯的大批量生产和生物基 PET、聚丙烯及PVC的最终商用化。与此同时，PLA仍有望成为生物塑料市场上应用最广泛的树脂，但生物基聚乙烯预计到2016年将显现出巨大的增长机会。

生物基聚合物领域主要生产企业（部分）的发展动态

Development Trend of Some Leading Producers in Bio-based Polymers

生物基材料产业巨大的发展前景自然吸引了各国政府和企业，Bayer（拜耳）、BASF（巴斯夫）、DOW（陶氏）、DuPont（杜邦）、ExxonMobil（埃克森美孚）等国际化学品巨头纷纷进入这一领域。全球主要生物基材料和化学品生产企业及其开发现状如表 2 所示。

在生物基材料和化学品领域，世界范围内技术突破不断，早期存在的生产成本较高、产品性能欠佳等问题已有明显改观。领头羊们你追我赶，纷纷加快了相关项目的商业化步伐。

据统计，2011年脂肪族原料己二酸、丁二酸的产量为300万t，部分用于合成脂肪族可降解聚酯，如PBS等。由于生物基来源的脂肪族聚酯还未完全改善使用性能，尤其是耐热性问题，因此部分生物基PBST依然占据相当部分的市场，以欧洲巴斯夫为代表的几家企业已在生物可降解聚酯的吹膜、注塑应用加工等方面形成商业化格局，产能超过10万t/a。中国的上海石化也成功开发了PBST，目前正在实施合成工艺的进一步优化和应用领域的市场开发。

据分析，未来几年内市场对丁二酸的需求可能会有大幅增长，主要驱动领域包括生物塑料、化学中间体、溶剂、聚氨酯和增塑剂等。自2009年起，巴斯夫和CSM便已签署了共同发展协议并开始对丁二酸进行研究。双方在发酵和下游处理方面的互补优势形成了可持续的高效生产过程。生产过程中使用的细菌为产丁二酸厌氧螺菌，可以通过自然过程生产丁二酸。这一过程可以生成很多可再生的原材料，结合了高效和可再生原材料使用的优点，同时还具有很好的固碳效果。因此其生物基丁二酸的生产既经济又环保。

目前巴斯夫和CSM正在改建普拉克巴塞罗那附近的工厂，准备用于生产丁二酸。该工厂计划在2013年底正式投产，年产能为 1 万t/a。为满足日益增长的丁二酸需求，第二个丁二酸工厂的建设也在筹划之中，据介绍年产能可达5 万t。

BioAmber和日本三井将携手在加拿大的萨尼亚建立生产线生产生物基丁二酸，据称2013年产能可达1.7万t。其后，还计划将丁二酸产能扩至3.5万t/a，将1，4 -丁二醇（BDO）产能扩至2.3万t。两家公司另外还计划再共同建立两条生产线，加上萨尼亚的产能，丁二酸总产能将达到16.5万t/a，BDO则为12.3万t/a。

美国Genomatica公司于2012年1月25日宣布已获得意大利Beta可再生能源公司（Beta Renewables SpA）全球独家专利使用权，将采用Proesa工艺通过任何发酵基工艺从生物质生产BDO。据介绍，将Proesa工艺与Genomatica公司的直接生物工艺集成在一个完整、专有的过程中，可采用非食品、纤维素生物质作为原料，用于第二代技术生产BDO。其中，Proesa工艺可用于将木质纤维素转化为可发酵的糖类，而Genomatica公司的生产工艺可提供更好的经济性，与石油基BDO生产相比具有较低的碳排放。

以生物原料生产的PC和PHA等塑料产品也受到市场关注，但要实现全面的商业化推广，还有很长的路要走。以生物质生产的异山梨醇为原料生产PC 的工艺与传统的化学法相比，无需使用有毒的光气和安全性广受争议的双酚A，日本三菱和法国罗盖特公司都有计划开发此产品，但均表示其经济性和质量有待提高。

其他生物化学产品的产业化推进计划还包括：陶氏化学和诺维信的相关生物丙烯酸项目，以糖类或水煤气为原材料，预计2015年将达4.5万t；巴西Braskem产能为 3 万t/a的乙醇-丙烷工程，计划于2013年第四季度开工建设；巴斯夫、Cargill（嘉吉）公司与诺维信公司已签署一项协议，将共同开发由可再生原料生产丙烯酸的新技术。

我国生物基聚合物领域的发展现状

Status-quo of Chinese Bio-based Polymer Field

在杜邦公司于近期公布的一项名为“杜邦中国绿色生活调查：消费者对于生物基产品的认识及使用”的调查中，超过75%的受访者表示他们一定或极有可能购买各类生物基产品。调查结果显示，中国消费者比北美消费者更加相信绿色产品有助于环保，绝大多数的中国消费者极有可能购买由对环境有益的生物基原料制作的服装、个人护理产品、个人卫生产品及家用产品。当被问及是否相信绿色产品对环境有益时，70%参与调查的中国消费者表示非常或比较相信绿色产品有助环保。这项调查还发现，中国消费者相信生物基原料的使用会提高产品质量。超过60%的消费者认为用生物基原料制造的个人护理产品、个人卫生产品及清洁用品质量更好。

相较于一些发达国家和地区如火如荼的生物基材料开发，中国的生物基材料市场也正在不断发展壮大。随着国内一些大型企业，如安徽丰原集团、华源生命、吉林燃料乙醇、江苏南天集团、浙江海正集团等先后进入生物基材料研发行列，我国生物基新材料产业的发展将提速。

如浙江海正集团与中国科学院长春应用化学研究所长期合作推进聚乳酸的产业化。2008年，该公司完成5 000 t/a聚乳酸示范生产线的建设、运行和技术优化，成为我国第一家实现千吨以上规模化生产的厂家，预计将于2013年开建年产 3 万t生产线。另据报道，国内另外两大聚乳酸生产企业上海同杰良和深圳光华伟业也都有扩大产能的项目。这两家企业的万吨级厂都已建成并在试生产中。另外，常熟长江化纤年产4 000 t的聚乳酸熔体直纺纤维工厂也已顺利生产，南通九鼎及云南富集也有千吨级生产线在建厂测试中，中粮也已宣布要在吉林榆树建万吨级聚乳酸工厂。

虽然现阶段我国生物基新材料已取得了一定的发展，尤其是淀粉基生物降解塑料、PLA、PHA、PBS等，但受到市场、成本等因素的制约，在产业化过程中也面临着各种各样的问题，例如目前国内市场对聚乳酸等生物基材料的需求滞后于其产能扩张。有分析认为，成本较高以及国家环保塑料的配套政策不足是限制我国相关生物基塑料产业发展的两大瓶颈。

根据国家发改委的《“十二五”国家战略性新兴产业发展规划》，生物制造是我国“十二五”期间重点发展的生物产业之一，该产业涉及生物基新材料、生物基化学品等领域。

而国务院于2013年1月下发的《生物产业发展规划》（以下简称《规划》）则明确，到2020年，把生物产业发展成为国民经济支柱产业等目标。根据《规划》，到2015年，我国生物产业增加值占国内生产总值的比重将比2010年翻一番，工业增加值率显著提升（表 3）。

在支持生物制造产业规模化发展方面，《规划》表示将推动生物基产品，特别是非粮生物醇、有机酸、生物烯烃等的规模化发展应用。未来将建立生物基产品的认证制度，制定生物基产品消费的市场鼓励政策和农业原料对工业领域的配给制度。此外，绿色工艺产品也将获补贴，预计到2015年生物制造产业规模将达7 500亿元。

生物基合成纤维的发展趋势

Development Trend of Bio-based Synthetic Fiber

近年来，化学纤维从植物/农作物途径取得原料的趋势在全球日益明显。美国能源部和美国农业部赞助的“2020年植物/农作物可再生性资源技术发展计划”就提出2020年从可再生的植物衍生物中获得10%的基本化学原材料。而一向以功能性纤维见长的日本企业正逐渐将目光聚焦在个人健康、卫生与舒适性的纤维与纺织品领域的开发，而且很多原料取自于天然的植物。

继生物法合成多元醇取代部分化学法乙二醇生产聚对苯二甲酸多组分二元醇酯共聚物（PDT）纤维成功后，研发可再生资源成为聚酯产业链可持续发展的潮流。但PTT 纤维、聚丁二酸丁二醇-共-对苯二甲酸丁二醇酯（PBST）纤维、聚对苯二甲酸丁二酯（PBT）纤维的产业化进程相对较缓，在很大程度上是受制于这些纤维原料稀缺，尤其是丙二醇、丁二醇等的价格一直居高不下，影响了产业链的整体效益和推进。近年来，美国、欧洲的一些研究机构和生产企业对这些原料的生物转换合成表现出极高的商业投入积极性。

在全球倡导低碳经济和可持续发展的大背景下，积极发展生物质纤维及生化原料，不仅可有效解决石化资源的不足，对化纤行业实现可持续发展、促进行业转型升级具有现实意义，而且有利于促进农副产品的深加工进而提高农产品的附加值。我国的《化纤工业“十二五”发展规划》中也提出了关于推进生物质纤维及其原料产业化的相关内容。根据中国化纤工业协会对生物质纤维及生化原料的发展规划，生物质纤维在未来将实现“资源有效利用”、“技术环境友好”和“产品灵活多样”，其中涉及生物质合成纤维的内容主要如下。

PLA纤维：借鉴国内外最新聚合、纺丝及多领域应用技术，实现产业化突破，形成万吨级产业化规模。大力推进非粮作物原料的开发利用。

PTT纤维：突破生化法PTT及其纤维产业化成套装备、工程化技术及其制品的生产技术，形成年产12万 ～ 15万t的产业化产能。

生物法多元醇：以生物法PDO、乙二醇、BDO等为重点，实现产业化突破，形成多元醇的规模化、产业化生产和应用。

具体如表 4 所示。

国内外生物基聚酯的开发及应用

Development and Application of Bio-based Polyester

对更具可持续性发展消费品日益增长的需求是生物基材料增长的重要驱动力。品牌商和原始设备生产商致力于减少自身的环境足迹，并用可再生的生物基解决方案来取代有限的石化基材料。因此，有越来越多的企业开始把生物材料纳入企业可持续发展战略中。

10年前美国杜邦公司开发了生物基PDO用以合成PTT，近几年法国METabolic Explorer公司也开发了利用粗甘油生物法制取PDO，用于合成PTT，尽管与马来西亚的合资工厂工程项目（产能 9 万t/a）推迟，但其技术已经从实验室走向产业化应用。上海石化也已采用生物化工技术成功研发了PDO，预期在2015年前该公司可向市场提供部分生物基的纺丝级PTT和工程塑料级PTT切片。

据国际能源署生物基化工产品分会报告（I E A

Bioenergy Bio-based Chemical Value Added Products From Bio-refineries Task 42），从2010 — 2014年，世界生物基聚酯会大幅实现技术突破，除了研究领域的成果可实现产业化外，传统的聚酯生产企业已从技术和如何降低成本角度做好准备，并积极寻找合适的最终用户形成最终商品推向市场。在日本、欧洲和北美政府的支持和鼓励下，终端产品生产企业也加入到生物基聚酯材料的市场开发中，践行绿色环保和可持续发展的理念。

在众多食品公司的强势推动下，采用甘蔗乙烯生产的生物基乙二醇已经被广泛用于PET 的生产。2009年，可口可乐公司推出了生物基聚酯瓶 —— PlantBottle，用于旗下饮品Coke、Sprite、Fresca、iLOHAS、Sokenbicha以及Dasani的包装。该聚酯瓶中30%源于由甘蔗中提取转化而来的MEG，其他则来自石油基PTA。此外，百事可乐也宣布研究从柳枝稷、松树皮和玉米壳中提取原料生产生物基聚酯，并期待扩大植物原料的范围，如柑橘皮、土豆皮、燕麦壳等其他农业副产品也有望成为制瓶的原料。

不过若想将植物材料的比例提升到100%，还需要进行更多的研究工作。生物基PET之前一直采用生物基MEG，而另一主要原料PTA仍采用石油资源。目前，Virent、Gevo、Avantium等生物基化工企业已经成功研发从植物、农作物的废弃物等资源中采用生物技术进行分子重组转化为PX，进而可以用现有的成熟氧化技术生产出PTA，实现PET的100%生物基产品。

可口可乐公司已承诺，2020 年该公司所有的PET容器将完全采用生物材料。为实现这一目标，2011年12月，该公司与美国生物技术公司Gevo和Virent签署协议，共同开发商业化规模的生物合成PX工艺，以实现PTA原料的绿色化。如今这些企业正在积极探索，采用生物质生产PET的另一种合成原料精对苯二甲酸（PTA），进而推出完全由可再生材料合成的生物基PET。

美国Virent公司采用“生物成型”（BioForming）技术，将玉米、甘蔗等含糖源物，与糠醛生物转化为PX，其中试技术已经成功，正在与具有专利的化工设备企业合作进行批量化生产。

Gevo公司采用异丁醇（Isobutanol）生物技术得到PX，日本东丽公司于2011年宣布已经采用此技术生产出100%生物基PET纤维，并与Gevo签订合同，优先购买其制造的生物基对二甲苯，用于小规模生产生物基PET。东丽将通过此次合作开发生物基PET量产技术，并计划在2013年推出商业化产品。

Avantium生物化工制品公司联合美国某大学研究开发了极具革命性的“YXY”技术，其技术核心是将植物资源得到的呋喃糖通过生物转化为2，5-呋喃羧酸（2，5-Furan dicarboxylic，FDCA），取代传统意义上的PTA，与MEG酯化聚合生成PEF（Polyethylene-furanoate），目前已经实现了PEF聚酯瓶的批量生产。美国杜邦、塞拉尼斯，荷兰的DSM（帝斯曼）等都有意成为该技术的积极推进者。

据统计，世界范围内生物基聚酯原料MEG和多元醇产能最大的是中国长春大成，目前该公司据称已具备100万t/a的生物基MEG产能。日本丰田通商株式会社与中国台湾的中国人造纤维公司以50/50合资成立的Greencal Kaohsiung Taiwan公司，将巴西甘蔗来源得到的乙醇转化为MEG，年产能为10万，最终产品用于汽车纺织品和车用工程塑料。

目前，全球PTA的实际产能据称已超过5 000万t，如此庞大的用量和发展潜质，为生物基新产品打开了巨大的研发空间，而新产品对比石油基物料是否有成本竞争优势，将成为决定其市场成败的关键。PX的未来发展也面临相似的情况。据预测，未来一段时间内PX的产能增长会落后于需求，这为生物基PX的研发带来了一定的动力。在PX供不应求的情况下，现时研发生物基替代品是最好时机。

从应用趋势来看，聚酯相对其它高分子合成材料的总体加工成本较低，环保、安全压力相对较轻，回收再生产业链发展基本形成良性循环，后加工技术不断发展，使聚酯在传统的民用纺织品、产业用纺织品、液体包装、薄膜、片材、工程塑料等领域得到很大的发展，因此非降解生物基聚酯最容易推广，预期在液体包装领域将会得到长足的发展。

除了包装行业，纤维领域也是生物基聚酯的重要领地。近日，帝人宣布其生物基聚酯纤维Eco Circle Plantfiber被用于纯电动车Nissan LEAF的内饰中，包括座椅面料，以及门饰板、头枕、座位中间扶手等内饰面材料等，这是Eco Circle Plantfiber首次被用于大批量生产的汽车内饰中。据介绍，Eco Circle Plantfiber纤维中有30%以上为源自甘蔗的生物基原料，不仅可以降低碳排放，而且可保持与石油基PET相媲美的性能和品质。

近年来，鉴于生物基涤纶应用领域的不断拓展，涉及服装、汽车内饰以及个人卫生用产品等，帝人持续扩充其全球产能，据报道，2012年该公司采用生物基MEG生产了 3 万t 涤纶和纺织品，并计划在2015年增至 7 万t产能。该公司还计划进一步扩大生物基聚酯在汽车内饰领域的应用，争取在2015年使这一领域的应用占据其总产量的半壁江山。

随着BCF技术的发展，PDT、PET、PTT等聚酯BCF的本体着色地毯纱和地毯领域将会逐步取代性价比相对较差的PA和PP，在产业用纺织品领域具备满足市场、开拓市场的良好需求趋势。

生物基聚酯发展的障碍

Bottleneck of Bio-based Polyester

生物基高分子材料与传统高聚物生产商在开拓市场中遇到的障碍有相同之处，都需要经济的原料、高效的工艺流程以及成熟的客户。虽然在一些发达国家和地区，以生物基聚酯为代表的生物基材料正成为开发热点，但其市场推广阻碍力也不容小觑，比如不良的产品性能、价格因素导致的消费意愿下降等。

生物基聚酯的市场应用难点最主要还是产品价格。从本质上来说，生物基PET与石油基PET是同一种产品，不同之处在于其原料来源，未来一段时期内，成本将是生物基PET的软肋。目前来看，要使生物基MEG的价格大幅低于石油资源尚需较长时间。

二是市场对所谓的“多元醇”的认识。作为纤维用，多元醇的加工成本相对99.9%纯度的MEG会有30%左右的成本降低和能耗的节省，但纺织和染整行业还需相应的技术配套，如何充分发挥其纤维产品的特点，进而让上下游的利益进一步得到提升仍需要上下游积极合作。

生物基BDO和PDO分别是合成PBT、PTT的主要原料，其开发的基本目标除了绿色、环保和可持续发展的全球社会效益外，更重要的是其生物基醇的合成成本低于石油资源。目前的主要瓶颈是通过生物基醇的规模化生产以降低生产成本，二是进一步考察和优化提高生物转化率，同时关注不同菌种的安全性能。

完全生物基PET目前还需解决生物基PTA的来源问题。现阶段，生物基PET中的生物基成分主要为EG，目前美国的Gevo、Draths和Anellotech等公司正在进行生物基PTA的产业化研究。如Gevo正在研究如何将生物基异丁醇转化成对位二甲苯，然后再转化成PTA。据介绍，该公司日前又获得一项利用二羟酸脱水酶（DHADs）提高酵母中生物基异丁醇生产效率的专利，这也有利于使其比其他技术更具有商业化生产的可能。而其他一些公司也正研究如何通过生物基正丁醇或异丁烯生成PTA。Draths目前正在研究如何通过反式，反式-粘康酸盐将葡萄糖转变成PTA，而Anellotech宣称已掌握了将生物质转变成BTX（苯、甲苯、二甲苯）的技术。

此外，以生物基聚酯为代表的生物高分子材料同样会引发有关土地过度消耗的争论，目前全球范围内对这种由于大规模生产原材料而进行密集种植的“破坏性”模式充满争议。一些研究机构表示，同生物燃料一样，从更大范围来说，生物塑料和其他生物基产品会与粮食争夺土地，造成间接土地利用变化，导致更严重的森林砍伐和更多野生区域转换成耕地，因此生物塑料相比传统树脂的环保优势并不很明显。

在这个问题上，美国生物科技企业Verdezyne于2011年11月宣布的消息值得注意。该企业宣布第一家试点工厂已开始采用非食品原料生产生物基乙二酸，且制造成本比采用石油基原料低廉。

专家视点：

YXY技术近期的发展很可能引起聚酯链的深层次创新，对传统的石油基聚酯原料带来革命性的“冲击”，尤其是PEF材料的出现，将会在很大程度上占据原石油基PET的瓶用和BOPET市场，即使传统PET的价格低至加工成本，仍很难抵御如此迅猛的发展形势。目前中国大陆的总体聚酯链市场还是以各自为阵为主，生物基基础单体的研发由于受到专利保护、研发单位的成果推广和聚合物生产企业的成本压力等诸多因素，很难得到突破性增长；聚合物生产企业即使已经开发了生物基聚合物，也由于缺少为下游提供积极有效的技术支撑而举步维艰；部分终端市场对生物基聚酯材料缺少应有的准确信息，部分企业的生物基材料在产品质量和关键特征指标尚不具备商业化的条件，加上生物基材料很难在外观上明显区别于非生物基材料，如何推动生物基材料的应用成为目前该领域的主要瓶颈。