生物降解塑料合成及应用简述
罗艺

聚羟基脂肪酸酯
    据报道，日本吴羽（Kureha）化工公司正在开发可生物降解的聚
合物——聚羟基乙酸(PGA)，并计划将其作为多层瓶的中间层。如果该
计划成功，公司将投资约8500万美元建设1万t/a的PGA装置，并可
能于2006年投产。
    P&G公司和日本Kaneka已达成一项协议，工业化生产1种可生物
降解的聚羟基烷酸酯，商品名为Nodax H，可用于制备纤维、无纺布
和包装。其中Kaneka持有材料3-羟基丁酸酯和3-羟基己酸酯共聚物
（PHBH)合成和加工专利，两家公司将合作完成开发工作，包括完成高
效益、低成本、大规模的发酵生产工艺及培养每一种聚合物牌号的生
物催化剂、优化发酵条件、从生物质中萃取和精制聚合物，改进PHBH
聚合物的加工性能。完成开发后公司将建设3万～5万t/a的产业化
装置。Kaneka将负责开发亚洲的潜在客户，P&G负责开发欧洲和北美
的客户。PHBH是用来自谷物和甜菜的蔗糖及来自棕榈油的脂肪酸发酵
制得的，很容易转变为涂覆纸、薄膜、纤维、无纺材料和成型制品。
它还可与其他生物降解聚合物（包括聚乳酸和热塑性淀粉聚合物）相
容，用来生产复合材料。
    聚羟基乙酸酯和PHBH同属聚羟基脂肪酸酯（PHA），清华大学、长
春应化所、天津大学、同济大学等科研机构在聚乳酸和PHA领域的研
发工作也都取得了突破性进展，国内企业已形成了10万t/a乳酸和
100t/a PHA的生产能力，为聚乳酸和PHA的产业化提供了技术和原料
储备。

聚  乳  酸
    通常，由生物来源生产聚乳酸的能耗只是一般以石油产品为原料
生产该聚合物能耗的30%～50%。卡吉尔-道聚合物公司于2001年末14
万t/a的聚乳酸装置投产，原料来自谷物等可再生资源，产品大部分
用于热成型包装、挤出薄膜和纤维。现在一些新的投资者正在积极参
与开发注塑型牌号，希望这种以非石油原料生产的可生物降解塑料在
市场上取得收益。最近卡吉尔-道公司得到日本政府批准，可将其聚乳
酸生物塑料“NatureWorks”用于食品包装。
    日本东京NEC开发了生物来源的阻燃聚乳酸，产品不含卤素和磷，
耐热性、成型性和强度与纤维增强聚碳酸酯相当。
    日本丰田汽车公司最近在其印度尼西亚的子公司开始通过发酵甜
菜生产聚乳酸，能力大约为5万t/a，计划产品用来生产汽车外装件。
    福特汽车公司用聚乳酸生产汽车顶布和地毯垫，产品具有天然纤
维般的舒适感。日本索尼公司宣布出售外壳包含90%聚乳酸的袖珍收
录机；富士通宣布开发了世界第一台生态友好的笔记本电脑，外壳采
用了由植物制成的可降解塑料，最初其FMV-BIBLO NB计算机的一些零
件使用聚乳酸，到2004年整个外壳将都采用聚乳酸制得。
    目前，聚乳酸已用于纤维、薄膜、纺粘无纺布和片材，但由于材
料结晶速度慢，耐热性差和加工周期长，用于注塑制品尚受到限制。
位于日本大阪的尤尼奇卡公司通过使用百分之几的硅酸盐片状填料，
开发了聚乳酸/白土纳米复合材料，解决了上述问题，扩大了材料的应
用范围，特别是可以用于汽车市场。Terramac注塑级牌号的聚乳酸热
性能和机械性能等于或好于PS、ABS和PP。此外，尤尼奇卡还对聚乳
酸树脂本身作了进一步的改进，使其抗水解性可长达10天，而普通的
聚乳酸在高于60℃和潮湿的条件下容易水解。尤尼奇卡公司的目标是
将该材料用于个人电脑、电子设备、办公自动化设备和汽车内装件，
计划在2005年出售3000t注塑牌号的产品。总体销售目标是，包括薄
膜（双向拉伸和吹塑）、热成型用片材、纤维、纺粘无纺布和注塑、吹
塑树脂在内的各种牌号的年销售量尽快达到1万t。
    美国科罗拉多州矿物学院研制了包含88%～90%聚乳酸和10%～
12% Biostar(Eastman化工公司开发的1种以石油作原料的可生物降
解的聚酯)的共混物，并用小量改进流动性的添加剂来改善其加工性，
得到的共混物具有较高的延伸性、挠曲模量和抗冲击强度。
    北美Bio Corp公司研究了10年生物可降解树脂，由于近年来生
物降解塑料的进展及卡吉尔-道世界级装置的投产使产品价格降低，这
家生产公司才得以在2003年第4季度推出注塑的生物降解塑料餐具。
Bio Corp现有4种模具，每年可生产4亿只餐具。由于聚乳酸新的定
价，加之Bio Corp 公司的技术进展，已使每件餐具和同等聚烯烃餐
具的价格差由2～3倍下降到只高出几个百分点。该公司认为，人们为
得到对环境友好的产品应该多作工作，只要差价不是太高，这个产品
就可以在市场上生存。目前产品的耐热性为61～71℃还达不到期望中
的74℃。
    中国台湾的伟蒙（译音）公司也与卡吉尔-道公司达成协议，在台
湾销售聚乳酸产品，准备将其加工为包装薄膜、片材和注拉吹瓶等产
品。
    华东理工大学“直接缩合合成高分子量聚乳酸”等项目已通过上
海市科委和教委组织的鉴定。有关专家认为，我国享有降低生物塑料
原料成本的优势技术。我国学者通过筛选、诱变得到共代谢木糖、葡
萄糖真菌，利用该真菌从相对廉价的原料得到高光学纯度的乳酸，而
国外则主要以淀粉（葡萄糖）为原料采用细菌间歇发酵生产乳酸，很
难在现有水平上再降低乳酸生产成本，限制了他们生物基塑料聚乳酸
树脂的广泛应用。
　　微生物代谢产物对菌体自身生长的抑制作用一直是困扰发酵工业
的难题。我国开发的一体式膜生物反应器连续发酵技术可使微生物在
高代谢产物浓度下发酵。采用该技术以玉米芯水解液为原料连续发酵
250h，乳酸产率达12.6g/L·h，为低成本生产乳酸并使聚乳酸树脂具
备与石油基塑料竞争的能力奠定了基础。
　　
生物法制1,3-丙二醇
    据报道，杜邦和基因克(Genecor)公司已联合开发出由葡萄糖制
1，3-丙二醇单体的生物技术，该技术的关键是使用了转基因的微生物，
并通过2种微生物结合制得1种酶，利用这种酶可实现高速发酵。1，
3-丙二醇可用作高性能纤维——聚对苯二甲酸1,3-丙二醇酯（PTT）
的单体。化学系统公司将杜邦的生物技术与其他几种生产1，3-丙二
醇的路线进行了比较。结果表明，杜邦的生物技术路线相对于以丙烯
为原料的老工艺路线有明显的优势，与壳牌乙烯路线竞争也有潜力。
如果这条生物路线在21世纪实现工业化，将是一个用生物路线制造大
批量单体、并与石油化工路线竞争的典范。但这项生物技术在完全实
现工业化之前，杜邦公司仍面临着许多工业放大问题。
    目前，杜邦和Tate & Lyle公司已建立了一家合资公司——杜邦
Tate & Lyle生物产品公司，使用2家公司共同开发的专有发酵和精
制工艺，由谷物发酵制取1，3-丙二醇。其中试规模的生产装置已在
美国伊利诺斯州进行，合资公司还计划在田纳西州建设1套工业化装
置，并计划在2006年投产。
    清华大学以葡萄糖或粗淀粉（如木薯粉）为原料，采用双菌种两
步发酵法生产1，3-丙二醇。该技术路线已在5000L发酵罐中生产，
并通过中试。研究人员针对1，3-丙二醇发酵过程中副产较大量的有
机酸（盐）的特点，在国际上率先将电渗析脱盐技术引入1，3-丙二
醇提取工艺，并通过絮凝、浓缩和精馏等工序，制得的产品纯度达到
99.92%，收率达80%以上。该中试产品在仪征化纤、辽阳石化等单位
试用，与国外进口的1，3-丙二醇进行聚合生产PTT的对比试验结果
表明，清华大学生物法1，3-丙二醇中试产品聚合得到的PTT的特性
粘度、色泽等关键技术指标超过了进口产品，可以满足聚酯合成和纺
丝等技术的需要。

    综上所述，全球生物降解塑料的工业化规模在不断提高，其应用
领域也在持续拓展中。据专家预计，今后2～5年生物塑料市场开发会
有所突破，下一个最有希望的应用市场是手机等电子制品，因为手机
产品寿命短，生物降解塑料替代普通塑料的可能性大。另外，欧洲和
日本由于填埋空间有限，除采用生物降解塑料外，处理固体废物的其
他可选择途径很少。所以，生物降解塑料有很大的市场空间，估计全
球每年约有22.7万t的塑料将会被聚乳酸和其他可生物降解的塑料所
替代。