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可降解高分子材料的降解途徑范文第1篇

[關(guān)鍵詞]聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯、聚己二酸/對(duì)苯二甲酸丁二酯、淀粉基塑料

中圖分類(lèi)號(hào)：TQ320.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）16-0274-01

傳統(tǒng)塑料主要來(lái)自石化資源，因其不易降解和回收利用，給環(huán)境造成極大污染，并造成對(duì)石化資源的嚴(yán)重浪費(fèi)，尋找非石油基環(huán)境友好的材料迫在眉睫，生物可降解塑料是解決這個(gè)問(wèn)題的有效途徑。目前研究最廣泛的可降解塑料有聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯、聚己二酸/對(duì)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）是以乳酸為原料制備的高分子材料，具有無(wú)毒、無(wú)刺激性、強(qiáng)度高、易加工成型和生物相容性好等特點(diǎn)，制品在使用后可完全降解。按單體不同，PLA分為PLLA、PDLA和PDLLA。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外PLA生產(chǎn)企業(yè)主要以生產(chǎn)不同規(guī)格的PLLA為主。PLLA單獨(dú)使用具有熔點(diǎn)低、結(jié)晶慢、耐熱性差等缺點(diǎn)，通過(guò)與PDLA共混，可形成立構(gòu)復(fù)合體，改善成核、結(jié)晶速度，提高材料耐熱性。PLA可用于一次性飯盒以及其他各種食品、飲料外包裝材料；可用于纖維和非織造物等，包括服裝、建筑、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、造紙、醫(yī)用等領(lǐng)域。

聚乳酸是以乳酸單體為原料經(jīng)過(guò)聚合等工藝制備得到的高分子聚合物，制備方法分為一步法和兩步法，一步法難以制備得到高分子量的聚合物，基本無(wú)應(yīng)用價(jià)值，目前國(guó)內(nèi)外廠家主要通過(guò)兩步法工藝生產(chǎn)聚乳酸。兩步法工藝需經(jīng)歷中間體丙交酯階段。

聚乳酸主要生產(chǎn)企業(yè)：

二、聚丁二酸丁二醇酯 （PBS）生物降解塑料

PBS是以丁二酸與丁二醇為原料制備得到的高分子材料，具有良好的生物相容性和生物可吸收性，易被自然界的多種微生物或動(dòng)植物體內(nèi)的酶分解代謝，是典型的可完全生物降解材料。但PBS的加工溫度較低、黏度低、熔體強(qiáng)度差，難以采用吹塑和流延的方式進(jìn)行加工。另外PBS制品往往呈一定脆性，應(yīng)用受限。PbS主要用于包裝、餐具、容器、一次性醫(yī)療用品、農(nóng)業(yè)、生物醫(yī)用高分子材料等領(lǐng)域。

PBS的聚合前體主要原料為丁二酸；丁二酸的生產(chǎn)主要是通過(guò)石化法合成， 目前丁二酸的生物制造技術(shù)是國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)熱點(diǎn)， PBS（聚丁二酸丁二醇酯）是以丁二酸與丁二醇為原料經(jīng)過(guò)聚合制備得到的高分子聚合物。

PBS主要生產(chǎn)企業(yè)：

三、聚己二酸/對(duì)苯二甲酸丁二酯（PBAT）生物可降解材料

PBAT是對(duì)苯二甲酸丁二酯和己二酸丁二酯的共聚酯。作為一種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優(yōu)點(diǎn)，既具有很好的熱性能、機(jī)械性能，又具有生物可降解性和加工性，可以用它與脂肪族聚酯 PLA 等共混，來(lái)改善脂肪族聚酯的機(jī)械和力學(xué)性能。PBAT的加工性能與LDPE非常相似，可用LDPE的加工設(shè)備吹膜。PBAT主要用作農(nóng)用地膜、垃圾袋、保鮮膜、堆肥袋、淋膜和餐盒、餐盤(pán)、杯子等。

PBAT主要生產(chǎn)企業(yè)：

四、淀粉基可降解塑料

淀粉基生物降解塑料是淀粉經(jīng)過(guò)改性、接枝反應(yīng)后與其他聚合物共混加工而成的一種塑料產(chǎn)品，具有生產(chǎn)成本低、投資少、使用方便、可生物降解的特點(diǎn)。淀粉基熱塑復(fù)合材料不僅具備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，可替代當(dāng)前廣泛使用的塑料材料。

淀粉基生物降解塑料已有3O年的研發(fā)歷史，具有研發(fā)歷史久、技術(shù)成熟、產(chǎn)業(yè)化規(guī)模大、市場(chǎng)占有率高、價(jià)格較低的特點(diǎn)。淀粉基生物降解材料主要用作包裝材料、防震材料、垃圾袋、地膜、保鮮膜、食品容器、一次性餐具、玩具等。

淀粉基可降解塑料主要生產(chǎn)企業(yè)：

五、總結(jié)

目前各種生物可降解材料前景較好，但市場(chǎng)開(kāi)拓、產(chǎn)品成熟度、產(chǎn)品性能開(kāi)拓、產(chǎn)品應(yīng)用等方面，需要時(shí)間開(kāi)拓；當(dāng)前石油價(jià)格低、石油基塑料產(chǎn)品價(jià)格優(yōu)勢(shì)明顯，生物可降解材料同石油基材料競(jìng)爭(zhēng)，目前還不具備條件；生物可降解材料的發(fā)展，還需要政府政策、稅收優(yōu)惠、市場(chǎng)等方面的支持；隨著國(guó)內(nèi)外對(duì)環(huán)保的要求越來(lái)越高，可降解材料的相關(guān)政策將會(huì)越來(lái)越好；同時(shí)隨著可降解材料生產(chǎn)技術(shù)的提升，可降解材料的成本將越來(lái)越低。

參考文獻(xiàn)

可降解高分子材料的降解途徑范文第2篇

關(guān)鍵詞:綠色化學(xué);高分子;設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

高分子化學(xué)是一門(mén)實(shí)用性和實(shí)驗(yàn)性都很強(qiáng)的學(xué)科,是化學(xué)、化工、材料等專(zhuān)業(yè)必須修讀的基礎(chǔ)課程,與原有的四大化學(xué)并列,成為第五大化學(xué)。高分子材料已深入到人類(lèi)生活和生產(chǎn)的每個(gè)角落。

高分子化學(xué)教學(xué)過(guò)程中發(fā)現(xiàn),在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容等方面存在一定的局限性和不足之處,其完善需要經(jīng)歷一個(gè)不斷實(shí)踐和更新論證的過(guò)程。將高分子實(shí)驗(yàn)課中聚合物的分子設(shè)計(jì)、合成、加工和測(cè)試等實(shí)驗(yàn)內(nèi)容有機(jī)結(jié)合,組成一門(mén)高分子科學(xué)實(shí)驗(yàn)課程,是高分子教學(xué)改革的必然趨勢(shì)。

一、高分子設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)課開(kāi)設(shè)的必要性

廊坊師范學(xué)院化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院材料化學(xué)專(zhuān)業(yè)的高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)于2008年開(kāi)設(shè)以來(lái),由本專(zhuān)業(yè)教師在部分科研成果及其他院校高分子化學(xué)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資料和經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,對(duì)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容進(jìn)行了設(shè)定。高分子設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的開(kāi)設(shè),為學(xué)生專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)技能的培訓(xùn)、動(dòng)手能力的培養(yǎng)以及思維創(chuàng)造力的提高等方面起到了積極的促進(jìn)作用。

設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是指給定實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、要求和?shí)驗(yàn)條件,由學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案,并加以實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)有利于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力,提高學(xué)生探索新問(wèn)題的興趣、研究問(wèn)題的綜合能力。開(kāi)設(shè)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)時(shí),要注意緊緊圍繞學(xué)生的綜合能力、初步設(shè)計(jì)能力及創(chuàng)新意識(shí)培養(yǎng)這一目標(biāo),注意與課程設(shè)計(jì)、課外科技活動(dòng)、集中的綜合訓(xùn)練相結(jié)合。

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)在與理論教學(xué)的配合上,是教師根據(jù)教學(xué)的一般規(guī)律或?qū)嶒?yàn)內(nèi)容安排的,而不是學(xué)生根據(jù)各自學(xué)習(xí)中的需要或進(jìn)一步探索的興趣所確定的,無(wú)法體現(xiàn)個(gè)性的發(fā)展。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)一般是前人做過(guò)的,經(jīng)過(guò)精簡(jiǎn)提煉,專(zhuān)門(mén)為教學(xué)而設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)沒(méi)有次要的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的干擾,這對(duì)學(xué)生今后從事科學(xué)研究和對(duì)新事物的探索非常不利。在高校中開(kāi)設(shè)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn),營(yíng)造培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維能力的環(huán)境是非常必要的,有利于提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力。

二、注意培養(yǎng)綠色環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展意識(shí)

1.綠色化學(xué)的核心內(nèi)容

綠色化學(xué)又稱(chēng)環(huán)境無(wú)害化學(xué)或環(huán)境友好化學(xué),是指設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中,使用沒(méi)有或者盡可能小的產(chǎn)生環(huán)境副作用的化學(xué)品。綠色化學(xué)的核心內(nèi)容主要體現(xiàn)在:第一是減量,即減少三廢排放;第二是重復(fù)使用,如催化劑、載體等;第三是回收,可以有效地實(shí)現(xiàn)省資源、少污染、減成本的要求;第四是再生,是節(jié)省資源、能源,減少污染的有效途徑;第五是拒用,如不用有毒副作用及污染嚴(yán)重的原料,這是杜絕污染的最根本方法。

開(kāi)發(fā)新型的、可生物降解的高分子材料,解決“白色污染”問(wèn)題;以及充分應(yīng)用可再生資源,即:采用可再生資源做化學(xué)化工原料,是綠色化學(xué)的重要任務(wù)和方向。眾所周知,“白色污染”是當(dāng)今社會(huì)的一大公害,塑料作為合成高分子材料,具有性能多樣、用途廣泛和價(jià)格優(yōu)廉的優(yōu)點(diǎn),已成為人類(lèi)生產(chǎn)和生活中不可缺少的一種材料。然而,廢棄塑料造成很大的環(huán)境污染。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,應(yīng)注重強(qiáng)調(diào)高分子材料的環(huán)境同化,高分子材料的循環(huán)和再生技術(shù),探索高分子材料與生態(tài)環(huán)境的相互影響,實(shí)現(xiàn)高分子材料與生態(tài)環(huán)境的和諧等內(nèi)容。

2.綠色化學(xué)的重要指標(biāo)

綠色化學(xué)的一個(gè)重要指標(biāo)是原子利用率,其定義為:期望產(chǎn)品的摩爾質(zhì)量占化學(xué)方程式中按計(jì)量所得物質(zhì)的摩爾質(zhì)量的比值。高分子材料的制備包括單體的合成,聚合物的合成及聚合物的加工,前兩步都有一個(gè)原子利用率的問(wèn)題。要實(shí)現(xiàn)綠色化,只有在合成中提高原子利用率,才會(huì)真正減少?gòu)U物的生成。

綠色化學(xué)的理想是指:不使用有毒有害的物質(zhì),不產(chǎn)生有毒有害的廢棄物,不使用對(duì)環(huán)境有害的落后化學(xué)工藝。其目的是把現(xiàn)有的化學(xué)和化工生產(chǎn)的技術(shù)路線從“先污染,后治理”改為“從源頭上根除污染”。

3.開(kāi)設(shè)小量、半微量實(shí)驗(yàn)

有關(guān)綠色化學(xué)的教育才剛剛起步,國(guó)內(nèi)大多數(shù)學(xué)校尚未涉足。現(xiàn)有的化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)內(nèi)容難以體現(xiàn)綠色化學(xué)思想,不少實(shí)驗(yàn)仍大量使用有毒有害藥品,產(chǎn)生大量的“三廢”,對(duì)微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)研究推廣不夠。

傳統(tǒng)的常量實(shí)驗(yàn)藥品用量大,導(dǎo)致教學(xué)經(jīng)費(fèi)投入大、資源利用率低、環(huán)境污染嚴(yán)重等。可以在某些實(shí)驗(yàn)開(kāi)設(shè)小量、半微量實(shí)驗(yàn)。這些小量、半微量實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能、實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性和精密度等都提出了更高的要求。

綠色環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展已成為企業(yè)生產(chǎn)和發(fā)展必須考慮的因素。在設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)時(shí),盡可能地采用專(zhuān)業(yè)、簡(jiǎn)單高效的實(shí)驗(yàn)路線,教師在講授時(shí)將其他生產(chǎn)過(guò)程和工藝進(jìn)行對(duì)比,強(qiáng)調(diào)整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保效益,讓學(xué)生充分體會(huì)到增強(qiáng)環(huán)保意識(shí)和可持續(xù)發(fā)展對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要性。通過(guò)給學(xué)生灌輸環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的理念,為學(xué)生今后生產(chǎn)設(shè)計(jì)和研究開(kāi)發(fā)等工作提供一個(gè)基本的思想準(zhǔn)則。

三、將科研與實(shí)驗(yàn)教學(xué)結(jié)合起來(lái),開(kāi)發(fā)應(yīng)用型實(shí)驗(yàn)

1.將廢舊高分子的綜合利用作為設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

高分子化學(xué)是一門(mén)應(yīng)用性很強(qiáng)的化學(xué)基礎(chǔ)學(xué)科,是材料化學(xué)專(zhuān)業(yè)的重要專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課,對(duì)于材料化學(xué)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生,學(xué)習(xí)高分子化學(xué)不僅要全面掌握高分子化學(xué)的理論知識(shí),更重要的是要學(xué)會(huì)高分子的實(shí)驗(yàn)方法以及在實(shí)際中的應(yīng)用。我們從廢舊高分子的綜合利用出發(fā),探討科研成果轉(zhuǎn)化為高分子設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的研究與實(shí)踐。

廢舊高分子材料的綜合利用是綠色化學(xué)的重要組成部分,它將對(duì)減少環(huán)境污染具有重要的實(shí)際意義,同時(shí)又能獲得有價(jià)值的工業(yè)原料,對(duì)能源的再利用具有一定的意義。在我們的教學(xué)實(shí)踐中,在已經(jīng)具備的課題組成員大量前期科研成果基礎(chǔ)上,對(duì)廢舊聚苯乙烯、廢舊有機(jī)玻璃、廢舊聚氨酯和聚酯進(jìn)行再利用研究。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容包括對(duì)控制反應(yīng)的幾個(gè)因素:升溫速度、溫度、催化劑種類(lèi)與用量、反應(yīng)時(shí)間等進(jìn)行優(yōu)選。這類(lèi)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的開(kāi)設(shè)使學(xué)生對(duì)綠色化學(xué)的概念有一個(gè)深入理解,使學(xué)生增強(qiáng)環(huán)保意識(shí)、掌握廢舊高分子材料的綜合利用方法,對(duì)從實(shí)際出發(fā)鍛煉自身科研能力有重要意義。

在高分子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,適時(shí)引入“降解”這一高分子學(xué)科中的重要概念,并適當(dāng)介紹高分子降解中的一些問(wèn)題,如生物、光、輻射、熱、機(jī)械及化學(xué)等因素引起的降解規(guī)律,并介紹相關(guān)高分子的設(shè)計(jì)方法。也就是讓學(xué)生正面理解“聚合”的同時(shí),也從反面理解了“降解與解聚”,這樣就形成了一個(gè)完整的教學(xué)體系。

2.將天然可降解高分子作為設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

目前對(duì)付“白色污染”的方法一般是以填埋和焚燒為主,還有再生利用。再生利用的費(fèi)用較高,難以推廣,最好的方法是開(kāi)發(fā)能夠降解的環(huán)境友好材料。這種材料能夠在環(huán)境條件下分解成能納入自然生態(tài)循環(huán)的小分子物質(zhì)?，F(xiàn)在一般以淀粉、纖維素、甲殼素、殼聚糖等天然多糖為原料,采用共混或接枝等方法得到聚合物(如塑料),這類(lèi)制品可以生物降解,最終轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水,納入生態(tài)良性循環(huán)。

高分子設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中可以開(kāi)發(fā)一些能聯(lián)系實(shí)際生活的應(yīng)用型實(shí)驗(yàn),將教師的科研工作與實(shí)驗(yàn)教學(xué)緊密聯(lián)系起來(lái),體現(xiàn)出高分子科學(xué)實(shí)驗(yàn)的實(shí)用價(jià)值,能強(qiáng)烈地激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性。

基于此,在高分子設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中我們?cè)黾恿恕皬奈r殼蟹殼制備甲殼素和殼聚糖并用于工業(yè)廢水的凈化”,本設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)是從綠色高分子角度出發(fā),將回收的蝦殼蟹殼經(jīng)水洗、稀酸浸泡、稀堿浸泡等方法先制備甲殼素,然后用堿煮的方法將制得的甲殼素進(jìn)行脫乙?；?制備出殼聚糖初產(chǎn)品,再用沉淀法進(jìn)行純化得殼聚糖純品。將殼聚糖純品分別進(jìn)行脫乙酰度、平均分子量、灰份含量、水份含量的測(cè)定。將得到的甲殼素和殼聚糖用于工業(yè)廢水中重金屬離子和有機(jī)酸的吸附分離。

四、培養(yǎng)學(xué)生綠色化學(xué)思想和對(duì)高分子實(shí)驗(yàn)的興趣

興趣是學(xué)習(xí)的最大動(dòng)力,學(xué)生只有具有了學(xué)習(xí)興趣,才會(huì)主動(dòng)花時(shí)間和精力鉆研所學(xué)的內(nèi)容。目前,實(shí)驗(yàn)課幾乎全部是程式化過(guò)程,教師總是先講解實(shí)驗(yàn)原理、操作步驟、注意事項(xiàng)等,學(xué)生被動(dòng)地聽(tīng),不去思考,機(jī)械地完成每一步操作,為實(shí)驗(yàn)而實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)帶給學(xué)生的不是學(xué)習(xí)的興趣,更不用說(shuō)培養(yǎng)思考能力和興趣了。因此,在課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)階段,通過(guò)質(zhì)疑引思、舉例與聯(lián)想、歸納總結(jié)、啟發(fā)式教學(xué)等方法來(lái)實(shí)現(xiàn)開(kāi)拓創(chuàng)新。

可降解高分子材料的降解途徑范文第3篇

關(guān)鍵詞：聚丁二酸丁二醇酯（PBS）；制備技術(shù)；應(yīng)用前景；生物降解性；石油基產(chǎn)品 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類(lèi)號(hào)：TQ323 文章編號(hào)：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）綜述

1.1 聚丁二酸丁二醇酯（PBS）定義

聚丁二酸丁二醇酯（PBS）作為一種新型塑料材料，結(jié)構(gòu)是丁二酸與丁二醇經(jīng)常復(fù)分解反應(yīng)后形成的酯，分子式為：HO-[CO-（CH2）2-CO-O-（CH2）4-O]n-H，

具有生物降解性?xún)?yōu)異、用途廣泛等特點(diǎn)，常用于塑料包裝、食用餐具、農(nóng)用薄膜、醫(yī)用高分子材料等領(lǐng)域。與其他降解型塑料相比，PBS的成本低、性能良好，能非常好地與其他不同材料進(jìn)行有效聚合，因此其工業(yè)應(yīng)用前景非常廣闊，具有很好的市場(chǎng)與經(jīng)濟(jì)價(jià)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學(xué)物質(zhì)為主要原料，通過(guò)一系列化學(xué)反應(yīng)而合成。經(jīng)過(guò)多年的科學(xué)實(shí)驗(yàn)與工業(yè)聲場(chǎng)，PBS的加工性能已經(jīng)比較成熟，可在絕大多數(shù)塑料設(shè)備上開(kāi)展任何形式、任何類(lèi)型加工。此外，PBS也可以與碳酸鈣、淀粉等廉價(jià)填料共混，以此來(lái)以降低生產(chǎn)質(zhì)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，同時(shí)還具有透明性好、光澤度強(qiáng)以及印刷性能好等多種特點(diǎn)，是目前被公認(rèn)為最有前景的綠色環(huán)保型高分子材料。具體來(lái)說(shuō)，聚丁二酸丁二醇酯（PBS）的性能主要表現(xiàn)在以下四個(gè)方面：

1.2.1 良好的加工性。工業(yè)研究與應(yīng)用顯示，聚丁二酸丁二醇酯（PBS）具有良好的加工性能，加工溫度比較高，一般在150℃～200℃之間?？稍诙喾N常用的塑料加工設(shè)備上開(kāi)展注塑、擠出以及吹塑等各類(lèi)成型加工，是學(xué)術(shù)界與工業(yè)加工行業(yè)公認(rèn)的加工性能最好的材料。此外，該型材料還可以與碳酸鈣、淀粉等其他物質(zhì)進(jìn)行混合，降低生產(chǎn)、使用成本。

1.2.2 良好的耐熱性。聚丁二酸丁二醇酯（PBS）的耐熱性也非常優(yōu)異，多年的實(shí)驗(yàn)與工業(yè)研究表明，聚丁二酸丁二醇酯在各類(lèi)塑料中的耐熱性能最出色，能非常好地滿足工業(yè)對(duì)塑料用品耐熱性的需求，從而廣泛應(yīng)用于冷熱飲包裝和餐盒等塑料材料。

1.2.3 低降解性與化學(xué)性能穩(wěn)定性。降解是與形成相反的化學(xué)反應(yīng)，是指大分子化合物經(jīng)化學(xué)反應(yīng)回歸到小分子化學(xué)的過(guò)程。化學(xué)穩(wěn)定性是指材料對(duì)來(lái)自外在因素腐蝕的抵抗能力。聚丁二酸丁二醇酯（PBS）的化學(xué)穩(wěn)定性非常好，只有在化肥、土壤、水以及其他外在因素的環(huán)境下，緩慢的被微生物和動(dòng)植物體內(nèi)的催化酶分解，最終分解成二氧化碳和水。

1.2.4 良好的力學(xué)性能。與其他多種塑料相比，PBS具有更為優(yōu)異的力學(xué)性，具有各類(lèi)通用樹(shù)脂的力學(xué)性能。

1.3 聚丁二酸丁二醇酯（PBS）的應(yīng)用

由于聚丁二酸丁二醇酯（PBS）的上述性能，使它具有非常廣的應(yīng)用范圍。

1.3.1 聚丁二酸丁二醇酯（PBS）廣泛應(yīng)用于包裝領(lǐng)域，主要有包裝垃圾袋、食品袋、各種冷熱飲瓶子、農(nóng)用薄膜、種植器具與植被網(wǎng)等。

1.3.2 聚丁二酸丁二醇酯（PBS）廣泛用于各類(lèi)日化用品。一般來(lái)說(shuō)，日化用品對(duì)塑料制品的機(jī)械強(qiáng)度的要求比較嚴(yán)格，所以需要在PBS中添加滑石粉、碳酸鈣等，滿足日化用品的使用需求。

1.3.3 由于聚丁二酸丁二醇酯（PBS）具有生物相容性與可降解性等特點(diǎn)，從而廣泛應(yīng)用于醫(yī)療行業(yè)，如用于人造軟骨、手術(shù)縫合線、手術(shù)支架等醫(yī)用設(shè)備。

2 聚丁二酸丁二醇酯（PBS）應(yīng)用的合成工藝

化學(xué)合成法在聚丁二酸丁二醇酯（PBS）合成中的應(yīng)用最廣泛，主要有溶液縮聚法、熔融縮聚法、擴(kuò)鏈法、酯交換聚合法等。此外，聚丁二酸丁二醇酯（PBS）也可采用生物發(fā)酵法進(jìn)行合成，但其成本較高，應(yīng)用范圍不廣。

2.1 溶液聚合法

溶液聚合法的具體原理如下：在一定溫度與催化劑條件下，使丁二酸與丁二醇發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，完成二者的酯化反應(yīng)，在反應(yīng)過(guò)程中使用不同的溶劑，減少反應(yīng)生成的水分，然后在高溫條件下發(fā)生縮聚反應(yīng)。

一般來(lái)說(shuō)，如果不能及時(shí)分離溶液聚合反映產(chǎn)生的水分，將會(huì)給PBS的聚合反應(yīng)帶來(lái)不利影響。因此，有學(xué)者對(duì)溶液縮聚法進(jìn)行了提升與改進(jìn)，以十氫萘為溶劑，以二元酸和二元醇為原料，在合適的溫度與催化加條件下發(fā)生聚合反應(yīng)，并用油水分離器取代傳統(tǒng)水分離方法。該種方法適用于工業(yè)對(duì)塑料的大規(guī)模生產(chǎn)。

2.2 熔融縮聚法

熔融縮聚法將合成PBS的過(guò)程分成酯化階段和縮聚階段兩部分。具體步驟為：在較低的溫度條件下，以丁二酸和丁二醇為化學(xué)反應(yīng)原料，進(jìn)行熔融酯化反應(yīng)，然后在真空、高溫條件下完成縮聚反應(yīng)。

該方法對(duì)催化劑的要求比較高，催化劑能直接影響PBS分子量的大小。學(xué)者在35℃與31.99kPa的條件下，以三氟甲烷磺酸鈧和三氟甲基磺酰亞胺為催化劑完成聚合反應(yīng)，取得了較好的效果。

但是，通過(guò)傳統(tǒng)合成工藝聚合得到的PBS分子量相對(duì)較低，限制了PBS的合成效果與應(yīng)用范圍。因此，學(xué)者又進(jìn)一步創(chuàng)新和改進(jìn)了PBS的合成工藝，將縮聚反應(yīng)分為預(yù)縮聚和真空縮聚兩步，從而進(jìn)一步提高了PBS聚合的效果與效率。

2.3 擴(kuò)鏈法

擴(kuò)鏈劑是一種分子量相對(duì)較低的雙官能團(tuán)化合物，易同高分子聚合物鏈的末端基團(tuán)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，可增加聚合物的相對(duì)分子量，進(jìn)一步加快聚合反應(yīng)。

使用擴(kuò)鏈劑后的擴(kuò)鏈法可使聚丁二酸丁二醇酯（PBS）的力學(xué)性能大幅提高，研究結(jié)果顯示使用擴(kuò)鏈法后的PBS的力學(xué)性能有所善、特性黏度有所增強(qiáng)、生物降解性也有所改善。

此外，使用擴(kuò)鏈劑后的擴(kuò)鏈法還可提高PBS的分子量，研究表明：采用該法后的PBS的分子量成倍增加，熱穩(wěn)定性也有所提高，但該擴(kuò)鏈反應(yīng)法所需的時(shí)間較長(zhǎng)，反應(yīng)條件也較為苛刻，因而使用范圍較小。

2.4 酯交換法

在高溫、高真空以及催化劑的作用下，使等量的二元醇和二元酸二甲酯進(jìn)行酯交換，完成聚合反映，從而得到聚丁二酸丁二醇酯（PBS）。由于酯交換法中未使用溶劑，而且參加反應(yīng)的二元醇可通過(guò)水溶劑或加熱等簡(jiǎn)單操作除去，最終得到的PBS雜質(zhì)含量較低。

3 聚丁二酸丁二醇酯（PBS）的改進(jìn)

為進(jìn)一步提高聚丁二酸丁二醇酯（PBS）的性能，許多學(xué)者開(kāi)展了大量的針對(duì)PBS的改進(jìn)性分析與研究，在不斷提高PBS各類(lèi)常用性能與特點(diǎn)的同時(shí)，也有效地提高了生物相容性和生物降解性特性，具體改進(jìn)方法分為共聚改進(jìn)方法和共混改進(jìn)方法兩種。

在實(shí)施共聚改進(jìn)方法時(shí)，把芳香族類(lèi)聚酯添加到PBS制備之中，能明顯提高其既有的物理性能與力學(xué)性能。研究表明，將芳香基團(tuán)連接在PBS側(cè)鏈上，能使PBS的斷裂明顯伸長(zhǎng)、撕裂度明顯降低、生物降解性明顯加強(qiáng)。把脂肪族組分添加到PBS的制備過(guò)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）的應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化發(fā)展

PBS是降解能力非常強(qiáng)的化學(xué)聚合物，在自然條件下，可完成分解，且其分解產(chǎn)物是對(duì)自然環(huán)境沒(méi)任何污染與破壞的水和二氧化碳。因此，大力發(fā)展與推廣PBS及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)，是有效降低塑料產(chǎn)量、環(huán)減環(huán)境污染的重要途徑之一。

4.1 聚丁二酸丁二醇酯（PBS）的應(yīng)用

以PBS作為主要的原料，可制造出化學(xué)性能與物理性能都非常優(yōu)良的復(fù)合纖維。此外，將帶有金屬離子的陶瓷材料與PBS纖維混合，能制造出抗菌性能非常好的纖維材料。研究還表明PBS在人體內(nèi)部的適應(yīng)性非常好，在人體內(nèi)可以被完全分解和吸收，且?guī)缀醪划a(chǎn)生副作用。因此，PBS也廣泛應(yīng)用于醫(yī)療手術(shù)縫合線等。

4.2 聚丁二酸丁二醇酯（PBS）的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展

近年來(lái)，歐美發(fā)達(dá)國(guó)家越來(lái)越重視PBS可降解塑料的研究與應(yīng)用，投入大量的人力與物力，加大研發(fā)力度，從而明顯加快了產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的步伐。研究表明，生物降解性塑料的需求呈幾何指數(shù)增長(zhǎng)率，預(yù)計(jì)歐洲2015年消費(fèi)量將超過(guò)100萬(wàn)噸。

20世紀(jì)末，日本的高科技公司以異氰酸酯為擴(kuò)鏈劑，對(duì)傳統(tǒng)縮聚合成得到、分子量相對(duì)較低的PBS開(kāi)展改進(jìn)，成功實(shí)現(xiàn)了相對(duì)分子量為200000的PBS聚合，極大地?cái)U(kuò)展了PBS的應(yīng)用范圍、加快了市場(chǎng)化應(yīng)用步伐。

在國(guó)內(nèi)，中科院下屬的研究所自主研發(fā)了特種納米微孔載體材料復(fù)合高效催化體系，實(shí)現(xiàn)了對(duì)相對(duì)分子質(zhì)量超過(guò)200000的PBS的聚合合成，并與相關(guān)公司簽署協(xié)議，合資組建分子材料公司，建設(shè)世界最大規(guī)模的PBS生產(chǎn)線，成功實(shí)現(xiàn)其產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，這標(biāo)志著中國(guó)生物降解塑料產(chǎn)業(yè)開(kāi)始大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的新紀(jì)元。此外，由于PBS具有優(yōu)異的性能，中科院在常用塑料加工設(shè)備上對(duì)PBS及其相關(guān)產(chǎn)品開(kāi)展再加工與再成型研究，從而制備出加工性能更加優(yōu)異、工業(yè)用途更加廣泛的PBS材料，且該材料對(duì)設(shè)備和工藝的要求進(jìn)一步降低。

PBS生物降解性聚酯作為塑料家族的品種之一，因其良好的性能特征與低污染性，正以很快的速度實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化、規(guī)?；l(fā)展。目前已經(jīng)進(jìn)入實(shí)用推廣階段，隨著社會(huì)對(duì)環(huán)境污染的日益關(guān)注以及對(duì)降解塑料的不斷需求量，其產(chǎn)業(yè)規(guī)模必定將進(jìn)一步擴(kuò)大。與此同時(shí)，發(fā)酵法生產(chǎn)丁二酸已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化發(fā)展，技術(shù)也已成熟，為大規(guī)模生產(chǎn)與發(fā)展PBS提供來(lái)源保障，使PBS變成真正的綠色塑料，且其成本也將進(jìn)一步降低，產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域還會(huì)不斷擴(kuò)大。

5 結(jié)語(yǔ)

目前，雖然PBS作為一類(lèi)新型的生物降解材料，且國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界與工業(yè)領(lǐng)域?qū)ζ涞难芯颗c應(yīng)用逐漸增加，但其在很多領(lǐng)域的研究存在局限與不足。不同學(xué)者的觀點(diǎn)仍存在一定的分歧。本文認(rèn)為，隨著理論研究與實(shí)踐應(yīng)用的進(jìn)一步深入與成熟，PBS的綜合性能將會(huì)不斷提高、成本與價(jià)格也將不斷降低，并逐漸取代傳統(tǒng)塑料，進(jìn)一步降低對(duì)環(huán)境的污染與危害，從而真正實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

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可降解高分子材料的降解途徑范文第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.

關(guān)鍵詞： 高吸水樹(shù)脂；制備方法；緩釋肥料

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

中圖分類(lèi)號(hào)：S14 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2013）23-0303-03

0 引言

水和肥料是作物生長(zhǎng)的基礎(chǔ)條件，同時(shí)也是制約我國(guó)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要因素和資源。我國(guó)現(xiàn)有農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平低下，農(nóng)田化肥的當(dāng)季利用率氮肥只有30-50%，磷肥為10-20%，鉀肥為35-50%，低于國(guó)外同類(lèi)肥料約5-20%。以氮肥為例，每年損失的氮量相當(dāng)于1900多萬(wàn)噸的尿素，折合人民幣380多億元[1]。始于20世紀(jì)60年代的緩/控釋肥料生產(chǎn)技術(shù)為解決化肥利用率低和化肥污染問(wèn)題提出了新的思路和途徑，并取得了令人鼓舞的研發(fā)進(jìn)展[2]，

國(guó)內(nèi)外的研究表明，緩/控釋氮肥的利用率可高達(dá)70%以

上，比尿素或硫酸銨高出30-50%，增產(chǎn)10%以上，顯出巨大的節(jié)肥增產(chǎn)效果。

另一方面，我國(guó)是一個(gè)水資源貧乏的國(guó)家，農(nóng)業(yè)用水是我國(guó)第一用水大戶(hù)，占我國(guó)水資源消耗的80%左右。高吸水樹(shù)脂（superabsorbent polymer，SAP）是一類(lèi)輕度交聯(lián)的含有大量羥基、羧基等親水基團(tuán)的功能高分子材料，它能吸收其自身重量幾十倍乃至上千倍的水，不僅可以提高土壤水分含量，防止水土流失，而且可以促進(jìn)土壤團(tuán)聚體的形成，增強(qiáng)土壤通透性，降低植物死亡率，提高土壤保肥能力，廣泛應(yīng)用于農(nóng)田抗早保水、作物保苗增產(chǎn)、園林綠化、沙漠治理等[3]。將SAP與肥料復(fù)合一體化，制成具有吸水、保水性能的緩/控釋肥料，能有效的提高肥料的利用率，減少灌溉頻率，降低肥料濃度過(guò)高對(duì)作物的毒害作用及環(huán)境污染，近年來(lái)受到研究者的廣泛關(guān)注。

1 高吸水樹(shù)脂及種類(lèi)

高吸水樹(shù)脂是一種含強(qiáng)親水性基團(tuán)、并經(jīng)過(guò)適度交聯(lián)的功能高分子材料，能在短時(shí)間內(nèi)吸收其自身質(zhì)量幾百倍甚至幾千倍的水并具有良好的保水性能，即使在受熱、加壓條件下也不易失水，對(duì)光、熱、酸堿的穩(wěn)定性好。高吸水性樹(shù)脂的開(kāi)發(fā)與研究只有幾十年的歷史。1966年，G.F.Fanta等人最早從部分水解的淀粉接枝丙烯睛共聚物制得高吸水性樹(shù)脂；1974年7月《化學(xué)周刊》報(bào)道了美國(guó)農(nóng)業(yè)部北方研究所Weaver等在開(kāi)發(fā)農(nóng)產(chǎn)品玉米應(yīng)用時(shí)，成功地制得了高吸水性樹(shù)脂，開(kāi)辟了SAP的新紀(jì)元；此后高吸水性樹(shù)脂逐漸成為一個(gè)獨(dú)立、新興的科研領(lǐng)域。

目前超強(qiáng)吸水劑主要分為三大類(lèi)：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：聚丙烯酸類(lèi)、聚乙烯醇類(lèi)、聚丙烯酰胺類(lèi)等，由于合成聚合物系列反應(yīng)易于實(shí)現(xiàn)且吸水率較高，故目前工業(yè)上生產(chǎn)主要以合成聚合物系列為主，但不易被生物降解，屬于非環(huán)境友好型材料，且價(jià)格較高；天然高分子系列包括：淀粉、纖維素、殼聚糖、其他天然高分子等，天然高分子系列以可再生資源天然產(chǎn)物為原料，原料來(lái)源廣，價(jià)格便宜，且有成為環(huán)境友好型材料的潛力，但保水率低、易水溶，在緩釋肥料上研究應(yīng)用較少；天然高分子改性是天然大分子與化工單體接枝共聚或混聚得到的半合成保水劑，它兼具合成材料吸水保水性能力強(qiáng)、可重復(fù)利用和天然原料成本較低的優(yōu)勢(shì)，是SAP型緩釋肥中常用且最具開(kāi)發(fā)前景的吸水劑種類(lèi)。

2 保水緩釋肥料制備方法

目前保水型緩釋肥料主要有混合型、包膜/包裹型、吸附型以及化學(xué)反應(yīng)型。

混合型吸水保水緩釋肥料是直接把吸水性聚合物和普通肥料或者緩釋控釋肥料混合在一起來(lái)制備保水緩釋肥料。

包膜/包裹型保水緩釋肥料是指以肥料為核心，用含有高吸水性聚合物的包膜物質(zhì)包膜，包膜法是將肥料與高吸水樹(shù)脂復(fù)合的一種常見(jiàn)方法。根據(jù)肥料加入時(shí)間的不同，包膜法可分為兩類(lèi)，一類(lèi)是在制備高吸水樹(shù)脂的聚合體系中直接加入肥料，使肥料在聚合反應(yīng)的進(jìn)行過(guò)程中逐漸填充于樹(shù)脂凝膠的三維網(wǎng)絡(luò)；另一類(lèi)是在水等液體的作用下將事先合成的高吸水樹(shù)脂粉末粘附在肥料顆粒的表面，從而形成緊密的包膜結(jié)構(gòu)。在實(shí)際應(yīng)用中，這兩種方法常常結(jié)合起來(lái)使用。包膜法的缺點(diǎn)在于，包膜過(guò)程中的聚合反應(yīng)對(duì)肥料的性質(zhì)影響很大，例如尿素在聚合熱的作用下容易產(chǎn)生縮二脲，對(duì)作物種子和幼苗均有毒害作用；另外，肥料的存在對(duì)樹(shù)脂的聚合過(guò)程及聚合物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也有著一定的影響。

吸附型吸水保水緩釋肥料是直接把高吸水性樹(shù)脂浸泡在肥料溶液中，達(dá)到溶脹平衡后，干燥、粉碎來(lái)制備緩釋肥料。這種工藝是最簡(jiǎn)單的制備保水緩釋肥料的方法，能夠提供一定量的水分和養(yǎng)分，但養(yǎng)分濃度不易提高。與包膜法及化學(xué)結(jié)合法相比，物理吸附法具有條件溫和、操作簡(jiǎn)單、高吸水樹(shù)脂的制備及其與肥料的結(jié)合過(guò)程相分離等優(yōu)點(diǎn)。但是，用該法物理吸附的肥料在干燥過(guò)程中容易聚集在顆粒的表面，在使用過(guò)程中容易產(chǎn)生“突釋效應(yīng)”。另外，當(dāng)肥料對(duì)高吸水樹(shù)脂吸水倍率有較大影響時(shí)，與樹(shù)脂結(jié)合的肥料量比較低。

化學(xué)反應(yīng)型的保水緩釋肥料是指通過(guò)吸水性聚合物的化學(xué)改性的方法，將肥料養(yǎng)分基團(tuán)通過(guò)化學(xué)鍵鍵合在大分子骨架上，從而使其既有吸水、保水抗旱性能，又具有緩釋性能。該方法提供養(yǎng)分形式主要來(lái)自?xún)蓚€(gè)方面，一是結(jié)合養(yǎng)分離子的解吸機(jī)制提供養(yǎng)分；二是通過(guò)材料的降解或分解機(jī)制提供養(yǎng)分。這兩種機(jī)制提供養(yǎng)分的能力取決于合成材料的化學(xué)組成和性質(zhì)。

3 保水型緩釋肥料的性能測(cè)定方法

吸水保水緩釋肥料的主要性能為養(yǎng)分釋放速率和在土壤中的吸水保水作用。然而，吸水保水緩釋肥料作為一種新型肥料和其制造工藝和釋放途徑、機(jī)理的不同，目前還沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定方法和標(biāo)準(zhǔn)。以下介紹幾種常用的性能測(cè)定方法。

3.1 養(yǎng)分釋放性能的測(cè)定

3.1.1 養(yǎng)分釋放性能的測(cè)定方法 目前檢測(cè)養(yǎng)分釋放速率的主要方法有：水或緩沖溶液浸泡評(píng)價(jià)法、土壤評(píng)價(jià)法、生物學(xué)評(píng)價(jià)法。

水或緩沖溶液浸泡評(píng)價(jià)法[4]，將緩釋肥料浸泡在水中或者在緩沖溶液中，靜置，定期檢測(cè)溶液中的肥料養(yǎng)分含量，比較常見(jiàn)的方法是7天靜止水溶出率法。這種檢測(cè)方法比較簡(jiǎn)單，是目前比較常見(jiàn)的方法。然而所測(cè)的結(jié)果與實(shí)際效果存在很大的差距。其主要原因是該法是在均相中進(jìn)行，但是土壤是由固、液、氣三相的非均相組成，再者土壤中的物理、化學(xué)條件以及生物作用等都會(huì)影響?zhàn)B分在土壤中的釋放和轉(zhuǎn)化。土壤評(píng)價(jià)法[5]：該法考慮了肥料在水中的溶出率和土壤層對(duì)肥料的吸附作用，將緩釋肥料直接或間接的埋入土壤中，培養(yǎng)一段時(shí)間后，測(cè)定其養(yǎng)分釋放速率。其中土柱淋溶法具有低成本、操作簡(jiǎn)單、耗時(shí)少且穩(wěn)定性較高等特點(diǎn)，有較好的應(yīng)用前景。生物學(xué)評(píng)價(jià)法[6]：以盆栽實(shí)驗(yàn)或大田實(shí)驗(yàn)來(lái)研究養(yǎng)分釋放規(guī)律，通過(guò)作物不同生長(zhǎng)時(shí)期的養(yǎng)分吸收量或者土壤肥料養(yǎng)分殘留量與速效肥進(jìn)行對(duì)照，計(jì)算緩釋肥料的養(yǎng)分釋放量。由于，不同土壤、不同的作物對(duì)同一肥料的吸收作用是不相同的；再者大田實(shí)驗(yàn)還受各種自然條件的影響，如降水、溫度、蟲(chóng)害等條件影響；所得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果難于得到一致的規(guī)律性，但是對(duì)于專(zhuān)用緩釋肥料有較大的應(yīng)用前景。除了以上幾種常見(jiàn)的方法外還有同位素示蹤法、電導(dǎo)法[7]、紅外光譜法[8]等來(lái)檢測(cè)緩釋肥料的釋放性。

3.1.2 影響保水型緩釋肥料養(yǎng)分釋放的因素 影響緩釋肥料養(yǎng)分釋放的因素主要有土壤含水量、溫度、土壤種類(lèi)、土壤中的微生物活性。土壤含水量是影響吸水保水緩釋肥料養(yǎng)分釋放的主要因素。研究表明，在田間含水量在25%-125%之間隨著土壤含水量的增加養(yǎng)分釋放速率也增加，含水量太低時(shí)會(huì)出現(xiàn)養(yǎng)分延滯現(xiàn)象。土壤溫度與土壤蒸汽壓和土壤的生物活性相關(guān)。土壤的蒸汽壓隨著溫度的升高而升高，土壤的生物活性在溫度為20℃到30℃之間，隨著溫度增加而增加。從而增加了肥料養(yǎng)分釋放速率。不同的土壤種類(lèi)，土壤的酸堿度、腐殖質(zhì)含量、各種離子類(lèi)型和濃度都不相同，而對(duì)于離子型保水材料其吸水保水性能受離子濃度、離子種類(lèi)和PH的影響較大。離子濃度越高其吸水倍率越低，離子價(jià)態(tài)越高吸水倍率也越低。土壤中的生物活性一方面影響了肥料養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化速率，另一方面對(duì)于可降解的吸水保水緩釋肥料起著決定的作用。

3.2 吸水保水性的測(cè)定方法 吸水保水性能是保水吸水緩釋肥料的另一重要性能。對(duì)于吸水保水緩釋肥料的吸水保水性能的檢測(cè)主要是參考高吸水性樹(shù)脂對(duì)于土壤的吸水保水檢測(cè)方法。將緩釋肥料埋入土壤中，以比較含有吸水保水緩釋肥料和未添加吸水保水緩釋肥料的土壤的飽和吸水量和蒸發(fā)比作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

4 保水型緩釋肥料存在的問(wèn)題及發(fā)展前景

4.1 存在的問(wèn)題 保水型緩釋肥料能提高肥料利用率、降低經(jīng)濟(jì)損失的同時(shí)又能減少肥料對(duì)環(huán)境的污染，節(jié)省農(nóng)業(yè)用水，提高作物產(chǎn)量等優(yōu)點(diǎn)，目前已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。然而保水型緩釋肥料在性能、推廣等方面仍然存在著一些問(wèn)題，主要有以下幾個(gè)方面：①保水緩釋肥料的吸水保水性能與吸水保水材料的吸水保水性能存在著較大的差距，主要是因?yàn)槟壳暗姆柿弦话闶请娊赓|(zhì)類(lèi)的，這對(duì)高吸水樹(shù)脂的吸水倍率有較大的影響。②保水型緩釋肥料的成本較高，價(jià)格昂貴，難于推廣。③保水型緩釋肥料由于其吸水保水性能使其難于長(zhǎng)期保存。④目前對(duì)于保水型緩釋肥料的養(yǎng)分釋放機(jī)理和釋放動(dòng)力學(xué)等理論研究比較缺乏。⑤使用合成系高吸水性樹(shù)脂，由于其降解性較差會(huì)在土壤中殘留，長(zhǎng)期大量使用，務(wù)必對(duì)土壤造成一定的影響，而天然可降解高吸水性樹(shù)脂其性能較差。⑥高吸水樹(shù)脂在土壤中會(huì)形成凝膠，其強(qiáng)度大大降低，作為包膜層容易出現(xiàn)漏洞，使養(yǎng)分的緩釋性能不均勻達(dá)不到理想的效果。

4.2 發(fā)展趨勢(shì)和前景 保水型緩釋肥料無(wú)論對(duì)于我國(guó)廣大的干旱、半干旱地區(qū)，還是南方季節(jié)性干旱地區(qū)，無(wú)論對(duì)于大田糧食作物、經(jīng)濟(jì)作物、果樹(shù)生產(chǎn)，還是園林綠化、防風(fēng)固沙、水土保持工程都具有廣闊的應(yīng)用前景，對(duì)于節(jié)約水肥資源，減少污染，改善生態(tài)環(huán)境，增產(chǎn)增收，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展都具有重要的意義。其發(fā)展趨勢(shì)和研究方向主要有以下幾點(diǎn)：①尋找廉價(jià)的材料、原料，簡(jiǎn)化合成工藝路線，大幅度降低成本。②加強(qiáng)理論研究，比如養(yǎng)分釋放機(jī)理、保水機(jī)理等的研究。③開(kāi)發(fā)可降解的改性天然系高吸水樹(shù)脂作為包膜層的保水型緩釋肥料。④提高保水型緩釋肥料的耐鹽性和吸水后的強(qiáng)度。⑤定量的評(píng)價(jià)其給社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境保護(hù)帶來(lái)的效應(yīng)。

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可降解高分子材料的降解途徑范文第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場(chǎng)發(fā)展

Market Development of Global Bio-based Polymers

資源與環(huán)境是人類(lèi)在21世紀(jì)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展所面臨的重大問(wèn)題，生物技術(shù)和生物質(zhì)資源將成為解決這一問(wèn)題的關(guān)鍵之一。

生物基高分子材料是傳統(tǒng)化學(xué)聚合技術(shù)和工業(yè)生物技術(shù)的完美結(jié)合。目前世界上合成的高分子材料主要是石油化工材料，與之相比，生物基高分子材料具有原料可再生等特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)前景廣闊。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2011年全球生物基原料生產(chǎn)的可降解和非降解的高分子聚合物達(dá)到116.1萬(wàn)t，預(yù)計(jì)2016年可達(dá)578萬(wàn)t，從2011年后的 5 年內(nèi)，主要的增長(zhǎng)將源自生物能源的技術(shù)突破，從實(shí)驗(yàn)室走向規(guī)?；牟椒ゼ涌?，其副產(chǎn)物用于合成和轉(zhuǎn)化聚合物的原料來(lái)源相對(duì)充足，為已經(jīng)具備在現(xiàn)有聚合物生產(chǎn)裝置上替代部分礦物資源的連續(xù)化批量生產(chǎn)提供可能，且具備相當(dāng)?shù)氖袌?chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

據(jù)樂(lè)觀預(yù)計(jì)，到2050年，生物基聚合物產(chǎn)量可達(dá)1.13億t，約占有機(jī)材料市場(chǎng)的38%；即便保守估計(jì)，到2050年，其產(chǎn)量也可達(dá)2 600萬(wàn)t。到2015年，生物基聚合物市場(chǎng)將達(dá)到68億美元，2010 — 2015年的年增長(zhǎng)率約為22.8%，而其中，市場(chǎng)增長(zhǎng)最快的將是聚羥基脂肪酸酯（PHA）、PLA和生物乙烯等用于生產(chǎn)生物塑料的材料。表 1 是2015年生物基聚合物的預(yù)測(cè)產(chǎn)能。

歐洲生物基塑料協(xié)會(huì)（European Bio-plastics Organization）將生物基塑料分為四大類(lèi)，一是采用生物基原料生產(chǎn)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）等生產(chǎn)的PBT、PET、PTT、PU等；三是全部采用生物基原料生產(chǎn)并在完全自然條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（單體），合成達(dá)到可生物降解國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的聚合物，例如聚丁二酸丁二醇（PBS）、PBST、PCL等。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2011年，世界范圍內(nèi)生物基塑料的區(qū)域分布發(fā)生了一些變化，發(fā)展中地區(qū)的亞洲和南美占總產(chǎn)量的2/3，其中亞洲地區(qū)占34.6%，南美地區(qū)占32.8%，歐洲占18.5%，北美和澳洲分別占13.7%和0.4%。從合成材料的種類(lèi)來(lái)看，非降解領(lǐng)域用部分采用生物基單體的聚合物PET占據(jù)38.9%，其次是PE，占17.2%，采用生物基單體和可降解應(yīng)用領(lǐng)域的聚乳酸（PLA）、脂肪族可降解聚酯占26.1%。生物基聚酯類(lèi)合成材料接近50%。

據(jù)歐洲生物基塑料協(xié)會(huì)介紹，生物塑料正呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)，到2016年其產(chǎn)能將增加近70%。引領(lǐng)這種增長(zhǎng)的將是PLA和PHA，分別為29.8萬(wàn)t（增長(zhǎng)50%）和14.2萬(wàn)t（增長(zhǎng)550%）。而由HelmutKaiser顧問(wèn)公司完成的一份有關(guān)生物塑料市場(chǎng)的報(bào)告則指出，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10億美元增至2020年的100億美元。與之匹配的是，到2015年，全球生物塑料的需求量據(jù)稱(chēng)將由2010年的57.2萬(wàn)t增至300萬(wàn)t以上。

隨著生物基塑料的不斷發(fā)展，大到電視機(jī)的支架、電腦框體，小到小擺件、廚房垃圾袋，這些材料將越來(lái)越多地走進(jìn)人們的日常生活中。據(jù)了解，目前在北美市場(chǎng)已有約 2 萬(wàn)余種產(chǎn)品由生物基原料制成。

日益增長(zhǎng)的低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展訴求和波動(dòng)的原油價(jià)格都在一定程度上推動(dòng)了這一領(lǐng)域的發(fā)展，同時(shí)，技術(shù)的不斷進(jìn)步改善了生物基塑料的性能，也為其開(kāi)辟了更多的市場(chǎng)機(jī)會(huì)。美國(guó)Freedonia Group公司最新的報(bào)告稱(chēng)，從2012 —2016年，美國(guó)對(duì)生物塑料的需求將以每年20%的速度增長(zhǎng)，達(dá)到25萬(wàn)t的規(guī)模。到2016年其生物塑料銷(xiāo)售額將達(dá)6.8億美元，這主要得益于該領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新，在提高生物塑料性能的同時(shí)也降低了成本。該報(bào)告稱(chēng)，在2011年的生物塑料銷(xiāo)量中，生物可降解樹(shù)脂雖然占據(jù)了絕大多數(shù)的份額，但生物基樹(shù)脂的不斷發(fā)展將使整個(gè)市場(chǎng)改頭換面。到2021年，這類(lèi)材料占總需求量的比例將從2011年的13%增至40%以上，其背后的推動(dòng)因素包括生物基聚乙烯的大批量生產(chǎn)和生物基 PET、聚丙烯及PVC的最終商用化。與此同時(shí)，PLA仍有望成為生物塑料市場(chǎng)上應(yīng)用最廣泛的樹(shù)脂，但生物基聚乙烯預(yù)計(jì)到2016年將顯現(xiàn)出巨大的增長(zhǎng)機(jī)會(huì)。

生物基聚合物領(lǐng)域主要生產(chǎn)企業(yè)（部分）的發(fā)展動(dòng)態(tài)

Development Trend of Some Leading Producers in Bio-based Polymers

生物基材料產(chǎn)業(yè)巨大的發(fā)展前景自然吸引了各國(guó)政府和企業(yè)，Bayer（拜耳）、BASF（巴斯夫）、DOW（陶氏）、DuPont（杜邦）、ExxonMobil（?？松梨冢┑葒?guó)際化學(xué)品巨頭紛紛進(jìn)入這一領(lǐng)域。全球主要生物基材料和化學(xué)品生產(chǎn)企業(yè)及其開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀如表 2 所示。

在生物基材料和化學(xué)品領(lǐng)域，世界范圍內(nèi)技術(shù)突破不斷，早期存在的生產(chǎn)成本較高、產(chǎn)品性能欠佳等問(wèn)題已有明顯改觀。領(lǐng)頭羊們你追我趕，紛紛加快了相關(guān)項(xiàng)目的商業(yè)化步伐。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2011年脂肪族原料己二酸、丁二酸的產(chǎn)量為300萬(wàn)t，部分用于合成脂肪族可降解聚酯，如PBS等。由于生物基來(lái)源的脂肪族聚酯還未完全改善使用性能，尤其是耐熱性問(wèn)題，因此部分生物基PBST依然占據(jù)相當(dāng)部分的市場(chǎng)，以歐洲巴斯夫?yàn)榇淼膸准移髽I(yè)已在生物可降解聚酯的吹膜、注塑應(yīng)用加工等方面形成商業(yè)化格局，產(chǎn)能超過(guò)10萬(wàn)t/a。中國(guó)的上海石化也成功開(kāi)發(fā)了PBST，目前正在實(shí)施合成工藝的進(jìn)一步優(yōu)化和應(yīng)用領(lǐng)域的市場(chǎng)開(kāi)發(fā)。

據(jù)分析，未來(lái)幾年內(nèi)市場(chǎng)對(duì)丁二酸的需求可能會(huì)有大幅增長(zhǎng)，主要驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域包括生物塑料、化學(xué)中間體、溶劑、聚氨酯和增塑劑等。自2009年起，巴斯夫和CSM便已簽署了共同發(fā)展協(xié)議并開(kāi)始對(duì)丁二酸進(jìn)行研究。雙方在發(fā)酵和下游處理方面的互補(bǔ)優(yōu)勢(shì)形成了可持續(xù)的高效生產(chǎn)過(guò)程。生產(chǎn)過(guò)程中使用的細(xì)菌為產(chǎn)丁二酸厭氧螺菌，可以通過(guò)自然過(guò)程生產(chǎn)丁二酸。這一過(guò)程可以生成很多可再生的原材料，結(jié)合了高效和可再生原材料使用的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還具有很好的固碳效果。因此其生物基丁二酸的生產(chǎn)既經(jīng)濟(jì)又環(huán)保。

目前巴斯夫和CSM正在改建普拉克巴塞羅那附近的工廠，準(zhǔn)備用于生產(chǎn)丁二酸。該工廠計(jì)劃在2013年底正式投產(chǎn)，年產(chǎn)能為 1 萬(wàn)t/a。為滿足日益增長(zhǎng)的丁二酸需求，第二個(gè)丁二酸工廠的建設(shè)也在籌劃之中，據(jù)介紹年產(chǎn)能可達(dá)5 萬(wàn)t。

BioAmber和日本三井將攜手在加拿大的薩尼亞建立生產(chǎn)線生產(chǎn)生物基丁二酸，據(jù)稱(chēng)2013年產(chǎn)能可達(dá)1.7萬(wàn)t。其后，還計(jì)劃將丁二酸產(chǎn)能擴(kuò)至3.5萬(wàn)t/a，將1，4 -丁二醇（BDO）產(chǎn)能擴(kuò)至2.3萬(wàn)t。兩家公司另外還計(jì)劃再共同建立兩條生產(chǎn)線，加上薩尼亞的產(chǎn)能，丁二酸總產(chǎn)能將達(dá)到16.5萬(wàn)t/a，BDO則為12.3萬(wàn)t/a。

美國(guó)Genomatica公司于2012年1月25日宣布已獲得意大利Beta可再生能源公司（Beta Renewables SpA）全球獨(dú)家專(zhuān)利使用權(quán)，將采用Proesa工藝通過(guò)任何發(fā)酵基工藝從生物質(zhì)生產(chǎn)BDO。據(jù)介紹，將Proesa工藝與Genomatica公司的直接生物工藝集成在一個(gè)完整、專(zhuān)有的過(guò)程中，可采用非食品、纖維素生物質(zhì)作為原料，用于第二代技術(shù)生產(chǎn)BDO。其中，Proesa工藝可用于將木質(zhì)纖維素轉(zhuǎn)化為可發(fā)酵的糖類(lèi)，而Genomatica公司的生產(chǎn)工藝可提供更好的經(jīng)濟(jì)性，與石油基BDO生產(chǎn)相比具有較低的碳排放。

以生物原料生產(chǎn)的PC和PHA等塑料產(chǎn)品也受到市場(chǎng)關(guān)注，但要實(shí)現(xiàn)全面的商業(yè)化推廣，還有很長(zhǎng)的路要走。以生物質(zhì)生產(chǎn)的異山梨醇為原料生產(chǎn)PC 的工藝與傳統(tǒng)的化學(xué)法相比，無(wú)需使用有毒的光氣和安全性廣受爭(zhēng)議的雙酚A，日本三菱和法國(guó)羅蓋特公司都有計(jì)劃開(kāi)發(fā)此產(chǎn)品，但均表示其經(jīng)濟(jì)性和質(zhì)量有待提高。

其他生物化學(xué)產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)計(jì)劃還包括：陶氏化學(xué)和諾維信的相關(guān)生物丙烯酸項(xiàng)目，以糖類(lèi)或水煤氣為原材料，預(yù)計(jì)2015年將達(dá)4.5萬(wàn)t；巴西Braskem產(chǎn)能為 3 萬(wàn)t/a的乙醇-丙烷工程，計(jì)劃于2013年第四季度開(kāi)工建設(shè)；巴斯夫、Cargill（嘉吉）公司與諾維信公司已簽署一項(xiàng)協(xié)議，將共同開(kāi)發(fā)由可再生原料生產(chǎn)丙烯酸的新技術(shù)。

我國(guó)生物基聚合物領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀

Status-quo of Chinese Bio-based Polymer Field

在杜邦公司于近期公布的一項(xiàng)名為“杜邦中國(guó)綠色生活調(diào)查：消費(fèi)者對(duì)于生物基產(chǎn)品的認(rèn)識(shí)及使用”的調(diào)查中，超過(guò)75%的受訪者表示他們一定或極有可能購(gòu)買(mǎi)各類(lèi)生物基產(chǎn)品。調(diào)查結(jié)果顯示，中國(guó)消費(fèi)者比北美消費(fèi)者更加相信綠色產(chǎn)品有助于環(huán)保，絕大多數(shù)的中國(guó)消費(fèi)者極有可能購(gòu)買(mǎi)由對(duì)環(huán)境有益的生物基原料制作的服裝、個(gè)人護(hù)理產(chǎn)品、個(gè)人衛(wèi)生產(chǎn)品及家用產(chǎn)品。當(dāng)被問(wèn)及是否相信綠色產(chǎn)品對(duì)環(huán)境有益時(shí)，70%參與調(diào)查的中國(guó)消費(fèi)者表示非?；虮容^相信綠色產(chǎn)品有助環(huán)保。這項(xiàng)調(diào)查還發(fā)現(xiàn)，中國(guó)消費(fèi)者相信生物基原料的使用會(huì)提高產(chǎn)品質(zhì)量。超過(guò)60%的消費(fèi)者認(rèn)為用生物基原料制造的個(gè)人護(hù)理產(chǎn)品、個(gè)人衛(wèi)生產(chǎn)品及清潔用品質(zhì)量更好。

相較于一些發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)如火如荼的生物基材料開(kāi)發(fā)，中國(guó)的生物基材料市場(chǎng)也正在不斷發(fā)展壯大。隨著國(guó)內(nèi)一些大型企業(yè)，如安徽豐原集團(tuán)、華源生命、吉林燃料乙醇、江蘇南天集團(tuán)、浙江海正集團(tuán)等先后進(jìn)入生物基材料研發(fā)行列，我國(guó)生物基新材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展將提速。

如浙江海正集團(tuán)與中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所長(zhǎng)期合作推進(jìn)聚乳酸的產(chǎn)業(yè)化。2008年，該公司完成5 000 t/a聚乳酸示范生產(chǎn)線的建設(shè)、運(yùn)行和技術(shù)優(yōu)化，成為我國(guó)第一家實(shí)現(xiàn)千噸以上規(guī)?；a(chǎn)的廠家，預(yù)計(jì)將于2013年開(kāi)建年產(chǎn) 3 萬(wàn)t生產(chǎn)線。另?yè)?jù)報(bào)道，國(guó)內(nèi)另外兩大聚乳酸生產(chǎn)企業(yè)上海同杰良和深圳光華偉業(yè)也都有擴(kuò)大產(chǎn)能的項(xiàng)目。這兩家企業(yè)的萬(wàn)噸級(jí)廠都已建成并在試生產(chǎn)中。另外，常熟長(zhǎng)江化纖年產(chǎn)4 000 t的聚乳酸熔體直紡纖維工廠也已順利生產(chǎn)，南通九鼎及云南富集也有千噸級(jí)生產(chǎn)線在建廠測(cè)試中，中糧也已宣布要在吉林榆樹(shù)建萬(wàn)噸級(jí)聚乳酸工廠。

雖然現(xiàn)階段我國(guó)生物基新材料已取得了一定的發(fā)展，尤其是淀粉基生物降解塑料、PLA、PHA、PBS等，但受到市場(chǎng)、成本等因素的制約，在產(chǎn)業(yè)化過(guò)程中也面臨著各種各樣的問(wèn)題，例如目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)對(duì)聚乳酸等生物基材料的需求滯后于其產(chǎn)能擴(kuò)張。有分析認(rèn)為，成本較高以及國(guó)家環(huán)保塑料的配套政策不足是限制我國(guó)相關(guān)生物基塑料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的兩大瓶頸。

根據(jù)國(guó)家發(fā)改委的《“十二五”國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》，生物制造是我國(guó)“十二五”期間重點(diǎn)發(fā)展的生物產(chǎn)業(yè)之一，該產(chǎn)業(yè)涉及生物基新材料、生物基化學(xué)品等領(lǐng)域。

而國(guó)務(wù)院于2013年1月下發(fā)的《生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《規(guī)劃》）則明確，到2020年，把生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)等目標(biāo)。根據(jù)《規(guī)劃》，到2015年，我國(guó)生物產(chǎn)業(yè)增加值占國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值的比重將比2010年翻一番，工業(yè)增加值率顯著提升（表 3）。

在支持生物制造產(chǎn)業(yè)規(guī)?；l(fā)展方面，《規(guī)劃》表示將推動(dòng)生物基產(chǎn)品，特別是非糧生物醇、有機(jī)酸、生物烯烴等的規(guī)?；l(fā)展應(yīng)用。未來(lái)將建立生物基產(chǎn)品的認(rèn)證制度，制定生物基產(chǎn)品消費(fèi)的市場(chǎng)鼓勵(lì)政策和農(nóng)業(yè)原料對(duì)工業(yè)領(lǐng)域的配給制度。此外，綠色工藝產(chǎn)品也將獲補(bǔ)貼，預(yù)計(jì)到2015年生物制造產(chǎn)業(yè)規(guī)模將達(dá)7 500億元。

生物基合成纖維的發(fā)展趨勢(shì)

Development Trend of Bio-based Synthetic Fiber

近年來(lái)，化學(xué)纖維從植物/農(nóng)作物途徑取得原料的趨勢(shì)在全球日益明顯。美國(guó)能源部和美國(guó)農(nóng)業(yè)部贊助的“2020年植物/農(nóng)作物可再生性資源技術(shù)發(fā)展計(jì)劃”就提出2020年從可再生的植物衍生物中獲得10%的基本化學(xué)原材料。而一向以功能性纖維見(jiàn)長(zhǎng)的日本企業(yè)正逐漸將目光聚焦在個(gè)人健康、衛(wèi)生與舒適性的纖維與紡織品領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)，而且很多原料取自于天然的植物。

繼生物法合成多元醇取代部分化學(xué)法乙二醇生產(chǎn)聚對(duì)苯二甲酸多組分二元醇酯共聚物（PDT）纖維成功后，研發(fā)可再生資源成為聚酯產(chǎn)業(yè)鏈可持續(xù)發(fā)展的潮流。但PTT 纖維、聚丁二酸丁二醇-共-對(duì)苯二甲酸丁二醇酯（PBST）纖維、聚對(duì)苯二甲酸丁二酯（PBT）纖維的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程相對(duì)較緩，在很大程度上是受制于這些纖維原料稀缺，尤其是丙二醇、丁二醇等的價(jià)格一直居高不下，影響了產(chǎn)業(yè)鏈的整體效益和推進(jìn)。近年來(lái)，美國(guó)、歐洲的一些研究機(jī)構(gòu)和生產(chǎn)企業(yè)對(duì)這些原料的生物轉(zhuǎn)換合成表現(xiàn)出極高的商業(yè)投入積極性。

在全球倡導(dǎo)低碳經(jīng)濟(jì)和可持續(xù)發(fā)展的大背景下，積極發(fā)展生物質(zhì)纖維及生化原料，不僅可有效解決石化資源的不足，對(duì)化纖行業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展、促進(jìn)行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)具有現(xiàn)實(shí)意義，而且有利于促進(jìn)農(nóng)副產(chǎn)品的深加工進(jìn)而提高農(nóng)產(chǎn)品的附加值。我國(guó)的《化纖工業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》中也提出了關(guān)于推進(jìn)生物質(zhì)纖維及其原料產(chǎn)業(yè)化的相關(guān)內(nèi)容。根據(jù)中國(guó)化纖工業(yè)協(xié)會(huì)對(duì)生物質(zhì)纖維及生化原料的發(fā)展規(guī)劃，生物質(zhì)纖維在未來(lái)將實(shí)現(xiàn)“資源有效利用”、“技術(shù)環(huán)境友好”和“產(chǎn)品靈活多樣”，其中涉及生物質(zhì)合成纖維的內(nèi)容主要如下。

PLA纖維：借鑒國(guó)內(nèi)外最新聚合、紡絲及多領(lǐng)域應(yīng)用技術(shù)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化突破，形成萬(wàn)噸級(jí)產(chǎn)業(yè)化規(guī)模。大力推進(jìn)非糧作物原料的開(kāi)發(fā)利用。

PTT纖維：突破生化法PTT及其纖維產(chǎn)業(yè)化成套裝備、工程化技術(shù)及其制品的生產(chǎn)技術(shù)，形成年產(chǎn)12萬(wàn) ～ 15萬(wàn)t的產(chǎn)業(yè)化產(chǎn)能。

生物法多元醇：以生物法PDO、乙二醇、BDO等為重點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化突破，形成多元醇的規(guī)?；a(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用。

具體如表 4 所示。

國(guó)內(nèi)外生物基聚酯的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用

Development and Application of Bio-based Polyester

對(duì)更具可持續(xù)性發(fā)展消費(fèi)品日益增長(zhǎng)的需求是生物基材料增長(zhǎng)的重要驅(qū)動(dòng)力。品牌商和原始設(shè)備生產(chǎn)商致力于減少自身的環(huán)境足跡，并用可再生的生物基解決方案來(lái)取代有限的石化基材料。因此，有越來(lái)越多的企業(yè)開(kāi)始把生物材料納入企業(yè)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略中。

10年前美國(guó)杜邦公司開(kāi)發(fā)了生物基PDO用以合成PTT，近幾年法國(guó)METabolic Explorer公司也開(kāi)發(fā)了利用粗甘油生物法制取PDO，用于合成PTT，盡管與馬來(lái)西亞的合資工廠工程項(xiàng)目（產(chǎn)能 9 萬(wàn)t/a）推遲，但其技術(shù)已經(jīng)從實(shí)驗(yàn)室走向產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。上海石化也已采用生物化工技術(shù)成功研發(fā)了PDO，預(yù)期在2015年前該公司可向市場(chǎng)提供部分生物基的紡絲級(jí)PTT和工程塑料級(jí)PTT切片。

據(jù)國(guó)際能源署生物基化工產(chǎn)品分會(huì)報(bào)告（I E A

Bioenergy Bio-based Chemical Value Added Products From Bio-refineries Task 42），從2010 — 2014年，世界生物基聚酯會(huì)大幅實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破，除了研究領(lǐng)域的成果可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化外，傳統(tǒng)的聚酯生產(chǎn)企業(yè)已從技術(shù)和如何降低成本角度做好準(zhǔn)備，并積極尋找合適的最終用戶(hù)形成最終商品推向市場(chǎng)。在日本、歐洲和北美政府的支持和鼓勵(lì)下，終端產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)也加入到生物基聚酯材料的市場(chǎng)開(kāi)發(fā)中，踐行綠色環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的理念。

在眾多食品公司的強(qiáng)勢(shì)推動(dòng)下，采用甘蔗乙烯生產(chǎn)的生物基乙二醇已經(jīng)被廣泛用于PET 的生產(chǎn)。2009年，可口可樂(lè)公司推出了生物基聚酯瓶 —— PlantBottle，用于旗下飲品Coke、Sprite、Fresca、iLOHAS、Sokenbicha以及Dasani的包裝。該聚酯瓶中30%源于由甘蔗中提取轉(zhuǎn)化而來(lái)的MEG，其他則來(lái)自石油基PTA。此外，百事可樂(lè)也宣布研究從柳枝稷、松樹(shù)皮和玉米殼中提取原料生產(chǎn)生物基聚酯，并期待擴(kuò)大植物原料的范圍，如柑橘皮、土豆皮、燕麥殼等其他農(nóng)業(yè)副產(chǎn)品也有望成為制瓶的原料。

不過(guò)若想將植物材料的比例提升到100%，還需要進(jìn)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仍采用石油資源。目前，Virent、Gevo、Avantium等生物基化工企業(yè)已經(jīng)成功研發(fā)從植物、農(nóng)作物的廢棄物等資源中采用生物技術(shù)進(jìn)行分子重組轉(zhuǎn)化為PX，進(jìn)而可以用現(xiàn)有的成熟氧化技術(shù)生產(chǎn)出PTA，實(shí)現(xiàn)PET的100%生物基產(chǎn)品。

可口可樂(lè)公司已承諾，2020 年該公司所有的PET容器將完全采用生物材料。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，2011年12月，該公司與美國(guó)生物技術(shù)公司Gevo和Virent簽署協(xié)議，共同開(kāi)發(fā)商業(yè)化規(guī)模的生物合成PX工藝，以實(shí)現(xiàn)PTA原料的綠色化。如今這些企業(yè)正在積極探索，采用生物質(zhì)生產(chǎn)PET的另一種合成原料精對(duì)苯二甲酸（PTA），進(jìn)而推出完全由可再生材料合成的生物基PET。

美國(guó)Virent公司采用“生物成型”（BioForming）技術(shù)，將玉米、甘蔗等含糖源物，與糠醛生物轉(zhuǎn)化為PX，其中試技術(shù)已經(jīng)成功，正在與具有專(zhuān)利的化工設(shè)備企業(yè)合作進(jìn)行批量化生產(chǎn)。

Gevo公司采用異丁醇（Isobutanol）生物技術(shù)得到PX，日本東麗公司于2011年宣布已經(jīng)采用此技術(shù)生產(chǎn)出100%生物基PET纖維，并與Gevo簽訂合同，優(yōu)先購(gòu)買(mǎi)其制造的生物基對(duì)二甲苯，用于小規(guī)模生產(chǎn)生物基PET。東麗將通過(guò)此次合作開(kāi)發(fā)生物基PET量產(chǎn)技術(shù)，并計(jì)劃在2013年推出商業(yè)化產(chǎn)品。

Avantium生物化工制品公司聯(lián)合美國(guó)某大學(xué)研究開(kāi)發(fā)了極具革命性的“YXY”技術(shù)，其技術(shù)核心是將植物資源得到的呋喃糖通過(guò)生物轉(zhuǎn)化為2，5-呋喃羧酸（2，5-Furan dicarboxylic，F(xiàn)DCA），取代傳統(tǒng)意義上的PTA，與MEG酯化聚合生成PEF（Polyethylene-furanoate），目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了PEF聚酯瓶的批量生產(chǎn)。美國(guó)杜邦、塞拉尼斯，荷蘭的DSM（帝斯曼）等都有意成為該技術(shù)的積極推進(jìn)者。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界范圍內(nèi)生物基聚酯原料MEG和多元醇產(chǎn)能最大的是中國(guó)長(zhǎng)春大成，目前該公司據(jù)稱(chēng)已具備100萬(wàn)t/a的生物基MEG產(chǎn)能。日本豐田通商株式會(huì)社與中國(guó)臺(tái)灣的中國(guó)人造纖維公司以50/50合資成立的Greencal Kaohsiung Taiwan公司，將巴西甘蔗來(lái)源得到的乙醇轉(zhuǎn)化為MEG，年產(chǎn)能為10萬(wàn)，最終產(chǎn)品用于汽車(chē)紡織品和車(chē)用工程塑料。

目前，全球PTA的實(shí)際產(chǎn)能據(jù)稱(chēng)已超過(guò)5 000萬(wàn)t，如此龐大的用量和發(fā)展?jié)撡|(zhì)，為生物基新產(chǎn)品打開(kāi)了巨大的研發(fā)空間，而新產(chǎn)品對(duì)比石油基物料是否有成本競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，將成為決定其市場(chǎng)成敗的關(guān)鍵。PX的未來(lái)發(fā)展也面臨相似的情況。據(jù)預(yù)測(cè)，未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)PX的產(chǎn)能增長(zhǎng)會(huì)落后于需求，這為生物基PX的研發(fā)帶來(lái)了一定的動(dòng)力。在PX供不應(yīng)求的情況下，現(xiàn)時(shí)研發(fā)生物基替代品是最好時(shí)機(jī)。

從應(yīng)用趨勢(shì)來(lái)看，聚酯相對(duì)其它高分子合成材料的總體加工成本較低，環(huán)保、安全壓力相對(duì)較輕，回收再生產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展基本形成良性循環(huán)，后加工技術(shù)不斷發(fā)展，使聚酯在傳統(tǒng)的民用紡織品、產(chǎn)業(yè)用紡織品、液體包裝、薄膜、片材、工程塑料等領(lǐng)域得到很大的發(fā)展，因此非降解生物基聚酯最容易推廣，預(yù)期在液體包裝領(lǐng)域?qū)?huì)得到長(zhǎng)足的發(fā)展。

除了包裝行業(yè)，纖維領(lǐng)域也是生物基聚酯的重要領(lǐng)地。近日，帝人宣布其生物基聚酯纖維Eco Circle Plantfiber被用于純電動(dòng)車(chē)Nissan LEAF的內(nèi)飾中，包括座椅面料，以及門(mén)飾板、頭枕、座位中間扶手等內(nèi)飾面材料等，這是Eco Circle Plantfiber首次被用于大批量生產(chǎn)的汽車(chē)內(nèi)飾中。據(jù)介紹，Eco Circle Plantfiber纖維中有30%以上為源自甘蔗的生物基原料，不僅可以降低碳排放，而且可保持與石油基PET相媲美的性能和品質(zhì)。

近年來(lái)，鑒于生物基滌綸應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，涉及服裝、汽車(chē)內(nèi)飾以及個(gè)人衛(wèi)生用產(chǎn)品等，帝人持續(xù)擴(kuò)充其全球產(chǎn)能，據(jù)報(bào)道，2012年該公司采用生物基MEG生產(chǎn)了 3 萬(wàn)t 滌綸和紡織品，并計(jì)劃在2015年增至 7 萬(wàn)t產(chǎn)能。該公司還計(jì)劃進(jìn)一步擴(kuò)大生物基聚酯在汽車(chē)內(nèi)飾領(lǐng)域的應(yīng)用，爭(zhēng)取在2015年使這一領(lǐng)域的應(yīng)用占據(jù)其總產(chǎn)量的半壁江山。

隨著B(niǎo)CF技術(shù)的發(fā)展，PDT、PET、PTT等聚酯BCF的本體著色地毯紗和地毯領(lǐng)域?qū)?huì)逐步取代性?xún)r(jià)比相對(duì)較差的PA和PP，在產(chǎn)業(yè)用紡織品領(lǐng)域具備滿足市場(chǎng)、開(kāi)拓市場(chǎng)的良好需求趨勢(shì)。

生物基聚酯發(fā)展的障礙

Bottleneck of Bio-based Polyester

生物基高分子材料與傳統(tǒng)高聚物生產(chǎn)商在開(kāi)拓市場(chǎng)中遇到的障礙有相同之處，都需要經(jīng)濟(jì)的原料、高效的工藝流程以及成熟的客戶(hù)。雖然在一些發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)，以生物基聚酯為代表的生物基材料正成為開(kāi)發(fā)熱點(diǎn)，但其市場(chǎng)推廣阻礙力也不容小覷，比如不良的產(chǎn)品性能、價(jià)格因素導(dǎo)致的消費(fèi)意愿下降等。

生物基聚酯的市場(chǎng)應(yīng)用難點(diǎn)最主要還是產(chǎn)品價(jià)格。從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，生物基PET與石油基PET是同一種產(chǎn)品，不同之處在于其原料來(lái)源，未來(lái)一段時(shí)期內(nèi)，成本將是生物基PET的軟肋。目前來(lái)看，要使生物基MEG的價(jià)格大幅低于石油資源尚需較長(zhǎng)時(shí)間。

二是市場(chǎng)對(duì)所謂的“多元醇”的認(rèn)識(shí)。作為纖維用，多元醇的加工成本相對(duì)99.9%純度的MEG會(huì)有30%左右的成本降低和能耗的節(jié)省，但紡織和染整行業(yè)還需相應(yīng)的技術(shù)配套，如何充分發(fā)揮其纖維產(chǎn)品的特點(diǎn)，進(jìn)而讓上下游的利益進(jìn)一步得到提升仍需要上下游積極合作。

生物基BDO和PDO分別是合成PBT、PTT的主要原料，其開(kāi)發(fā)的基本目標(biāo)除了綠色、環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的全球社會(huì)效益外，更重要的是其生物基醇的合成成本低于石油資源。目前的主要瓶頸是通過(guò)生物基醇的規(guī)模化生產(chǎn)以降低生產(chǎn)成本，二是進(jìn)一步考察和優(yōu)化提高生物轉(zhuǎn)化率，同時(shí)關(guān)注不同菌種的安全性能。

完全生物基PET目前還需解決生物基PTA的來(lái)源問(wèn)題?，F(xiàn)階段，生物基PET中的生物基成分主要為EG，目前美國(guó)的Gevo、Draths和Anellotech等公司正在進(jìn)行生物基PTA的產(chǎn)業(yè)化研究。如Gevo正在研究如何將生物基異丁醇轉(zhuǎn)化成對(duì)位二甲苯，然后再轉(zhuǎn)化成PTA。據(jù)介紹，該公司日前又獲得一項(xiàng)利用二羥酸脫水酶（DHADs）提高酵母中生物基異丁醇生產(chǎn)效率的專(zhuān)利，這也有利于使其比其他技術(shù)更具有商業(yè)化生產(chǎn)的可能。而其他一些公司也正研究如何通過(guò)生物基正丁醇或異丁烯生成PTA。Draths目前正在研究如何通過(guò)反式，反式-粘康酸鹽將葡萄糖轉(zhuǎn)變成PTA，而Anellotech宣稱(chēng)已掌握了將生物質(zhì)轉(zhuǎn)變成BTX（苯、甲苯、二甲苯）的技術(shù)。

此外，以生物基聚酯為代表的生物高分子材料同樣會(huì)引發(fā)有關(guān)土地過(guò)度消耗的爭(zhēng)論，目前全球范圍內(nèi)對(duì)這種由于大規(guī)模生產(chǎn)原材料而進(jìn)行密集種植的“破壞性”模式充滿爭(zhēng)議。一些研究機(jī)構(gòu)表示，同生物燃料一樣，從更大范圍來(lái)說(shuō)，生物塑料和其他生物基產(chǎn)品會(huì)與糧食爭(zhēng)奪土地，造成間接土地利用變化，導(dǎo)致更嚴(yán)重的森林砍伐和更多野生區(qū)域轉(zhuǎn)換成耕地，因此生物塑料相比傳統(tǒng)樹(shù)脂的環(huán)保優(yōu)勢(shì)并不很明顯。

在這個(gè)問(wèn)題上，美國(guó)生物科技企業(yè)Verdezyne于2011年11月宣布的消息值得注意。該企業(yè)宣布第一家試點(diǎn)工廠已開(kāi)始采用非食品原料生產(chǎn)生物基乙二酸，且制造成本比采用石油基原料低廉。

專(zhuān)家視點(diǎn)：

YXY技術(shù)近期的發(fā)展很可能引起聚酯鏈的深層次創(chuàng)新，對(duì)傳統(tǒng)的石油基聚酯原料帶來(lái)革命性的“沖擊”，尤其是PEF材料的出現(xiàn)，將會(huì)在很大程度上占據(jù)原石油基PET的瓶用和BOPET市場(chǎng)，即使傳統(tǒng)PET的價(jià)格低至加工成本，仍很難抵御如此迅猛的發(fā)展形勢(shì)。目前中國(guó)大陸的總體聚酯鏈?zhǔn)袌?chǎng)還是以各自為陣為主，生物基基礎(chǔ)單體的研發(fā)由于受到專(zhuān)利保護(hù)、研發(fā)單位的成果推廣和聚合物生產(chǎn)企業(yè)的成本壓力等諸多因素，很難得到突破性增長(zhǎng)；聚合物生產(chǎn)企業(yè)即使已經(jīng)開(kāi)發(fā)了生物基聚合物，也由于缺少為下游提供積極有效的技術(shù)支撐而舉步維艱；部分終端市場(chǎng)對(duì)生物基聚酯材料缺少應(yīng)有的準(zhǔn)確信息，部分企業(yè)的生物基材料在產(chǎn)品質(zhì)量和關(guān)鍵特征指標(biāo)尚不具備商業(yè)化的條件，加上生物基材料很難在外觀上明顯區(qū)別于非生物基材料，如何推動(dòng)生物基材料的應(yīng)用成為目前該領(lǐng)域的主要瓶頸。