近几年来，在各国政府和相关企业的积极努力下，生物基高分子材料取得了长足发展，商业化推进开始加速。不过，寻找来源更丰富的可再生原料已成为制约生物基材料发展的关键，如何把纤维素和木质素经济、有效地转化利用，是该领域的一个难题，也是重要方向。10月16日于宁波举行的2014国际化工新材料大会上，中科院宁波材料与工程研究所研究员朱锦对生物基材料发展现状、应用实践、制约因素及潜在商机等的介绍引起与会者关注。
    
    各国积极推进
    
    据朱锦介绍，高分子材料的应用已经渗透到人类生活的方方面面。2013年，全球塑料产量超过2.8亿吨，其中我国产量超过6000万吨，消费量超过7000万吨。未来几年，世界尤其是新兴市场的塑料产量和消耗量还将继续飞速攀升。不过，近99%的高分子材料来源于石化资源，而石化资源正面临日益枯竭的危机，且环保问题日趋严重。在这样的背景下，研究开发可降解的生物基高分子材料替代石油基高分子材料具有迫切的现实意义。
    
    为此，一些跨国公司比如巴斯夫、陶氏化学等纷纷将生物基材料作为最优先发展的业务。美国通过了《生物质研发法案》，并成立了生物质项目办公室和生物质技术咨询委员会，提出了生物质技术路线图。欧盟通过给生物塑料制品贴上符合欧州环境标准的绿色标志鼓励消费者购买，并给予生物塑料研究单位和企业政策优惠。我国也明确指出要大力发展可再生资源，扩大生物基产品的研究和生产能力。
    
    商业化正在加速
    
    朱锦介绍说，目前生物基高分子材料研究领域主要涉及热塑性高分子、热固性高分子、黏合剂、塑料助剂四大领域，主要应用于塑料、纤维、发泡、复合材料、医用材料、胶黏剂、涂料等产业。生物基高分子材料经过多年发展，近年来商业化正在加速推进。虽然与塑料消耗总量相比，生物基材料所占比例尚不足2%，但从2009年到2013年，全球使用量每年以34％的速度递增。该产业市场增长空间巨大。
    
    以改性聚乳酸的研究与开发为例。聚乳酸具有可生物降解、原料可再生（淀粉、纤维素）、强度高、模量高、透明性好、减碳环保等诸多优点，但同时又存在结晶速度慢、耐热性差、耐热后透明性差、抗冲性差、价格高、熔体强度低等诸多缺点。为此，朱锦团队就提高聚乳酸的耐热性、加快结晶速度、降低成本等展开了改性研究。通过添加成核剂、增韧剂、增塑剂等方法，改性后的耐热聚乳酸半结晶速度从大于15分钟减至小于1分钟，成型时间从大于10分钟减至低于1分钟，耐热性提高到120℃以上，抗冲性能提高1倍，耐热后透明性保持良好。这一成果已经在广州碧嘉新材料有限公司实现产业化。
    
    此外，大豆基无醛木材胶黏剂可在胶合板、密度板、地板、刨花板的制作中用于取代具有污染性的脲醛酸、三聚氰胺胶、酚醛胶等。我国是世界第一大家具、木地板、木门产品生产国和出口国，人造板的年产值超过4500亿元，生产人造板所需要的最重要成分就是胶黏剂。生物胶黏剂具有不含甲醛、资源可再生、能形成纳米结构等优点，但也存在耐水性差或不耐水的突出问题。朱锦团队开发的大豆基无醛木材胶黏剂克服了生物胶耐水性差、胶合强度低、工艺苛刻等缺点，干态强度等各项指标均达到甚至超过了传统胶的水平。该成果去年荣获中国林业产业唯一创新一等奖。目前已经在宁波、广州、临沂各建成1套2万吨/年生产线。此前，该产品仅美国有一家公司能够生产，但价格要高于国产近1倍。
    
    原料保障是关键
    
    生物基高分子材料前景广阔，但在产业化进程中也面临严峻挑战。按塑料使用量20％计，高分子材料需要原材料超过5亿吨/年，而目前获得的可再生原材料比如淀粉、植物油、甘蔗、松香等，由于涉及与民争粮问题，产量受到制约，无法支撑产业的大规模发展。因此，从长远来看，寻找来源更丰富的可再生原材料是关键。
    
    目前，宁波材料所正在研究将纤维素和木质素作为可利用资源。纤维素和木质素是自然界最广泛、可再生能力最强的资源，其产量均超过1000亿吨/年，超过现在的石油储藏量，如何把纤维素和木质素经济有效地转化为葡萄糖等糖类化合物，然后通过化学和生物办法生产脂肪类化合物或高分子单体，是当前生物基高分子材料产业发展的一个难题。无论如何，生物基高分子材料必将成为替代石油基高分子的重要途径之一。