生物塑料

生物塑料指以淀粉等天然物质为基础在微生物作用下生成的塑料。它具有可再生性，因此十分环保。目前，许多国家都开展了相关研究。

前景有报告指出，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10亿美元增加到2020年时的100亿美元。在汽车和电子行业的新应用将推动生物塑料需求的增长，虽然包装仍将占主导市场地位，预计它的份额将由2007年的65%下降2025年的40%。到2025年，亚洲将是生物塑料市场市场的领导者，约占32%的市场份额，其次是欧洲占到31%，美国占28%。亚洲将占据市场领先地位主要是基于转基因植物将得到快速发展。2007年，生物塑料约占塑料市场的10%-15%，预计到2020年将达到25%-30%。主要将得益于生物塑料技术性能的改进，技术创新将拓展在汽车，医疗和电子行业的应用。

生物塑料不仅对环境友好，其对肌体的适应性也非常好，可望用于生产可被肌体吸收的术后缝合线等医用产品。

日本政府为推进生物塑料等可再生资源的使用出台了《生物技术战略大纲》和《生物质日本综合战略》，其中提到，扩大生物塑料的使用是一项重要课题。《生物技术战略大纲》设定的政策目标是，到2010年，20%的塑料要用可再生资源制造。1

鼓励引导一，美国农业部鼓励生物塑料的生产从2004年起实行生物产品优先采购计划(Procurement program)，拟于2010年起实施生物基优先标签程序(BioPreferred program)，欲鼓励消费者积极消费生物质含量高的生物产品。

二，欧洲比利时推出OKbiobased标签，标明生物塑料产品生物基的含量，鼓励消费者消费绿色环保的生物塑料。

三，由于我国生物基材料发展时间短，许多产品尚没有标准和测试方法，而国外的标准和测试评价体系相对制定得较早，因此，在生物基含量、生物分解性能等方面，国内产品出口时往往碰到壁垒。我国生物降解塑料产业仍是羽翼未丰，企业要想马上盈利还有困难，市场及消费者的接纳也需要有一定的过程，但环保事业终究还是需要政府来买单。

常见塑料大到电视机的支架、电脑框体，小到小摆件、厨房垃圾袋等，生物塑料的身影随处可觅。

自毁型化学塑料制品在给人类带来各种方便的同时，也给人们带来难以想象的麻烦。由于有些废弃塑料在自然条件下不会降解，燃烧又会释放出有害气体，给生态环境造成了难以治理的污染。因此，各国科学家开始研制可以自行分解的自毁或自溶塑料，以解决这个问题。有人把它称作"绿色塑料"。 许多国家的公司都推出自己的生物自毁塑料。美国密茨根大学生物学家最早提出了"种植"可分解塑料的设想。他们用土豆和玉米为原料，植入塑料的遗传基因，使它们能在人工控制下生长出不含有害成分的生物塑料。美国帝国化学工林公司利用细菌把糖和有机酸制造成可生物降解的塑料。其方法与生产出乙醇的发酵工艺相似，所不同的只是，用的细菌是产碱杆菌属，能把喂食的物质转变成一种塑料，称为PHBV。细菌积累这种塑料是作为能量储存，就像人类和动物积存脂肪一样。当细菌积存的PHBV达到它们体重的80%时，就用蒸汽把这些细胞冲破，把塑料收集起来。PHBV具有与聚丙烯相似的性质，这种材料在废弃后，即使在潮湿的环境下也是稳定的，但在有微生物的情况下，它将降解为二氧化碳和水。

德国哥廷根大学微生物学家通过对一种细菌的特定基因隔离，使植物的细胞内部生成聚酯，利用这类聚酯，可制成植物型生化塑料。这类塑料在细菌作用下，分解成水和二氧化碳，因此这种塑料垃圾可作为植物肥料而回归大自然。日本工业技术研究院的科技人员用农林作物下脚料，如豆秸等制成可分解农用薄膜。另有一些科学家正在实验在塑料中添加淀粉类物质，这样以淀粉为食料的细菌则吞噬之，从而使其慢慢消失掉。

生物自毁塑料在医疗上用途颇广。在骨折手术中，它可以充当骨骼间的承托物。随着骨骼的愈合，它也会逐渐自行分解。医治破碎性骨折，医生通常使用不锈钢制作的螺母、螺钉。夹板和钻孔器，把碎骨固定起来。这种方法的缺点是要做两次手术，一次是植入这些不锈钢材料，一次是再把它们取出来。荷兰科学家发明一种塑料，植入体内大约两年便自行分解，变成二氧化碳和水。还有一种线状生物自毁塑料，可以代替传统的医用外科手术线缝合伤口。这种塑料手术线，可被身体逐渐吸收，免除拆线之苦恼。此外，用生物自毁塑料制成的药用胶囊，在体内会慢慢溶解，并且可控制药物进入血管的速度。

强耐耗性英国开发了一项名为Combine的研究计划，此项计划开发了一种耐耗性强的塑料。这种塑料不仅坚硬、重量轻，而且环保，可以用作汽车门、船壳、婴儿保育器以及类似的产品。普通塑料的半衰期为数千年，此计划研究的塑料原料采用的是植物，其半衰期短，是一种无害的合成塑料，也是第一次利用可再生资源制造结构材料和产品。创新的结合Combine计划的目的是通过对自然纤维和生物塑料的创新结合来开发一种高性能的、以生物为原料的合成物，这种合成物可以用作结构部件。现今，自然纤维只有填充成型短纤维和压缩成型的垫子纤维两种，但这两种都不能提供足够的强度和硬度来制造结构部件。自然纤维纱通常都是拧在一起的，这使得向其中注入粘性热塑树脂变得很困难。在这个计划中，麻纤维和亚麻纤维要经过加工，将之纺成连续的纤维，再织成高性能的纺织物。把这些纺织物与自毁型生物塑料如聚乳酸结合，然后通过真空袋成型和压缩成型使之成型为各种部件。最后还要进行表面处理，加强纤维与树脂之间的粘合。材料结合和加工技术还有待于改进，同时也要考虑材料将来的环境退化、混合性和可回收性等因素。

耐高温型上海研制的一种新型生物塑料。其耐热性大大提高，热变形温度超过100℃，可广泛用于一次性餐饮用具、一次性医疗用品等一次性器具，电子器件等产品的包装，以及农用薄膜、农药及化肥缓释材料等农用领域。

这种新型生物塑料可生物降解聚酯，采用了独创的生产工艺和催化剂。经国家塑料制品质量监督检验中心测试，经过94天其降解率即达到62.1%%，符合国家标准对生物可降解塑料的定义。该生物塑料可按一定比例与淀粉等生物原料共混、制成各种用品。这些用品废弃之后，便成为土壤中微生物的“食物”，从而实现无害化分解。

生物质塑料美国麻省大学阿姆赫斯特分校PaulJ.Dauenhauer率领的科研小组发现了一种生产生物质塑料的新方法，该方法成本低廉，以大多数的生物质为原料均能以75%的高收率获得对二甲苯（生物质塑料的关键原料），该项研究成果被发表在美国化学会《ACS催化》期刊上。对二甲苯被用来制造PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯）塑料，其用途范围包括许多产品，如碳酸饮料瓶、食品包装、合成纤维服装，甚至汽车零部件。塑料工业均是以石油为原料生产对二甲苯；而新方法则能够以一种可再生的方式以生物质为原料制得该化学品，进而生产标有三角回收标志“1#”的塑料产品。该方法使用分子筛做催化剂，在高温生物反应器中通过三步反应就能将葡萄糖转化为对二甲苯。由于催化剂的纳米结构对生物反应效果的影响很大，这一特别设计的催化剂是成功的关键，它经过了一系列的优化改良，用于促进对二甲苯反应、提高收率。这是一项重大的突破，因为其他生产可再生对二甲苯的方法，要么成本昂贵（例如发酵），要么反应效率低下、产品收率低。今后，该方法还能够进一步优化以提高对二甲苯的收率并且降低成本，这项发现是创新能源催化中心（CCEI）研究由木质纤维素生物质制造生物燃料和化学品计划取得突破性进展的一部分。

优势一、生物塑料可以使用于生产塑料的石油消耗减少；

二、生物降解型塑料可以推动美国进展缓慢的塑料回收。据美国环境保护署（theU.S.EnvironmentalProtectionAgency）的资料显示，2005年美国仅有约6%的塑料得以回收。

三、生物塑料不含聚氯乙烯、邻苯二甲酸酯等有毒物质。这些毒素对健康的影响已受到广泛关注，部分国家地区已经法令禁止在玩具和婴儿用品中添加邻苯二甲酸酯。

四、生物塑料的研制都是从纯植物中获取，植物中含有大量淀粉和蛋白质，这也是生物塑料中丙烯酸、聚乳酸的主要来源，在植物中提取的丙烯酸、聚乳酸等再经过各种工艺生产制成生物可降解塑料材料，这在很大程度上避免了对环境的污染和破坏，这是传统塑料无法比拟的优越性。

测定含量由于技术问题，国内外多数生物塑料产品均为生物塑料与合成塑料的混合产品。拥有更多的生物含量意味着拥有更多更环保的生物成分，因此对消费类生物塑料产品区分变得尤为重要。美国农业部就对拥有更多生物成分的产品采购等级高于拥有更少的产品。而比利时对生物产品采取星级区分。拥有20~30%生物基成分的产品为一星，30~40%为二星，依此类推。

这些政策都是基于生物碳的含量来界定的，用生物碳含量和总碳含量的百分比评价的。ASTM D6866为美国材料试验协会开发的量化测试样品总生物碳与化石碳含量精确百分比的测试方法。2

各国研究俄罗斯随着人们环保意识的增强，激发起对生物塑料需求的增长，生物塑料制造不用石油产品，使用后自我分解，聚乳酸是制造生物包装材料的原料。生物塑料价格比用石油产品制成的普通聚合物贵1－3倍，用生物塑料包装能有效抑制氧气、水蒸气、紫外线渗入，具有耐热性。虽然生物塑料产品成本高，但生物包装塑料需求仍然急剧增长。

德国Biop生产商计划在勃兰登堡建设欧洲第一座工厂，用土豆淀粉生产生物塑料，年生产能力约3．5万吨，美国Natureworks公司年产15万多吨玉米塑料。

比利时很多商店使用生物塑料包装水果、蔬菜和糕点。

法国2010年法国将允许超市只使用可分解材料纸袋。

美国生物降解塑料进入美国主流市场；尽管生物降解塑料的成本仍旧比传统塑料高出10%甚至更多，但生产企业却发现需求正在增长，这主要是因为消费者环保意识的增强以及环保法规的修订。此外，生物降解塑料制品的强度不断提高，为那些深知传统塑料危害的环卫工人和宠物主人带来了福音。3

中国荷兰DSM投资2000万美元在中国天津建立天津国韵生物材料有限公司，主要用于在天津经济技术开发区建设中国最大的聚羟基烷酯类(PHA)聚合物。PHA是一种新的可再生聚合物，应用范围极广，包括汽车，生物医药和电子产品，纤维，薄膜和泡沫。

面临问题一、价格问题。生物塑料现阶段比普通塑料价格要高两三倍，阻碍了这类材料的迅速普及。一些日本企业在其产品中使用生物塑料，主要是为了树立企业的环保形象。不过，一旦生物塑料进入批量生产阶段，成本可大大下降。

二、生物塑料和生物燃料一样可能会与人争粮。生物燃料来源于玉米、小麦等粮食作物，会带动世界粮食价格上涨。以玉米等为原料的生物塑料也可能导致同样的问题。 日本、美国等国的科学家已着手用废木材、野草等制造生物塑料。

三、生物塑料供应仍较有限。产品价格在一定程度上仍受石油价格的推动。

四、生物塑料的寿终管理问题。其重心是PLA瓶对再生流的污染问题。尽管当前的PLA水平还未构成严重的污染威胁，但大量的PLA瓶将有害于PET瓶的再生经济。

五、缺乏统一的生物塑料贴标方法。

六、生物塑料的消费者意识日益增加，但多数消费者不懂得如何辨别这些材料—如生物材料与生物可降解材料，或是可再生材料与再生含量—和如何权衡不同的属性。因此加强对消费者的宣传很重要，比如准确地阐释相关术语的定义。 此外消费者对生物降解材料的最佳处置路线也了解甚少。生物塑料行业需加强营销，以打消某些消费者的不信任同样也是十分重要的。

七、全球变暖问题。生物塑料可以不同程度的进行生物降解，它为世界指明了一条不再依靠石油生产塑料的道路。但生产商的“绿色论点”十分复杂，环保主义者也对其持保留看法。生产生物塑料会产生二氧化碳，导致全球变暖。

八、对转基因材料安全性的疑虑。生物塑料所采用的原材料是农作物——玉米、柳枝稷、甘蔗，甚至是甘薯——这些都需要土地和水源才能种植。为促进发酵，生产商采用的往往是转基因生物，而回收利用这种塑料也存在一些缺陷。4

本词条内容贡献者为:

曹慧慧 - 副教授 - 中国矿业大学