发布时间：2024-08-23
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发布者：Admin
中国工程院蹇锡高院士、王玉忠院士、张立群院士、薛群基院士研究团队在中国工程院院刊《中国工程科学》2024年第3期发表《高性能高分子材料体系自立自强发展战略研究》一文。文章系统梳理了高性能树脂及工程塑料、有机纤维、生物基树脂及可降解材料、特种橡胶及弹性体四大类高性能高分子材料中的重点品种，分析了国内外重点品种的发展现状和特点。
研究发现，目前我国在高性能高分子材料方面已建立起比较完备的化工原料 – 合成 – 加工改性 – 制品应用上下游产业体系，但同时也存在关键原料保障不足、产品应用开发有待拓展等问题。其中， 关于生物基树脂及可降解材料板块部分内容摘录如下：生物基树脂及可降解材料包括三种：① 生物基可生物降解材料，包括聚乳酸（PLA）、聚羟基烷酸酯（PHA）等；② 生物基不可生物降解材料，包括生物基聚烯烃（bio-PE/PP）、生物基聚对苯二甲酸乙二酯 / 丙二酯（bio-PET/PTT）、生物基尼龙（bio-PA）、聚呋喃二甲酸乙二酯（PEF）、生物基环氧树脂等；③ 非生物基可生物降解材料，包括聚对苯二甲酸 ‒ 己二酸丁二酯（PBAT）、聚丁二酸丁二酯（PBS）、聚碳酸亚丙酯（PPC）、聚己内酯（PCL）、聚乙交酯（PGA）、聚对二氧环己酮（PPDO）等。2021年，亚太地区（含中国、日本、韩国等）在生物基树脂及可降解材料领域的市场份额为49.9%，占据主导地位；北美（含美国、加拿大、墨西哥）占据第二位。目前，PLA是全球范围内产业化最成熟、产量最大、应用最广泛的生物基可降解塑料。在PLA的合成方面，技术路线主要有两种：一种是由生物发酵制备乳酸单体，再通过乳酸酯化缩聚合成；另一种是通过齐聚 – 环化解聚制备丙交酯，再经过开环聚合合成。当前，绝大部分PLA生产均采用丙交酯开环聚合方法。PLA合成技术路线如图1所示。
PLA合成技术路线
美国是全球最早研究PLA的国家，目前欧美国家的NatureWorks、TCP、Synbra、Hycail等公司已经抢占全球主要的市场份额，美国Natureworks公司和荷兰TCP公司合计拥有全球73%的PLA产能。在PLA的应用开发方面，1966年，Kulkarni等人通过两步法制备了高分子量的PLA，并研究了PLA在体内的降解，发现聚左旋乳酸作为手术缝合线，具有良好的生物相容性和生物可降解性。
目前，美国食品药品监督管理局已批准PLA广泛应用于骨科植入物、药物传输等。美国的PLA改性与加工技术较为成熟，可通过定制生产不同的PLA产品，以满足不同性能实际应用需求。
我国生物基树脂及可降解材料的品类与产业体系健全，总体生产能力基本能满足国内的需求。PLA、PBAT、PCL等树脂产能高、产品竞争力强，但如丙交酯等关键单体的制备技术与设备仍依赖进口、亟需突破；生物医用可降解材料技术业已成熟、但产业链尚未完全自立；工业堆肥降解与循环回收等末端处理产业发展较为滞后；国内PGA、PPC、PPDO、PEF等新型品种的产业化已处于领先地位，非粮生物基技术已展现良好发展势头，均可进行前瞻部署、自强发展。
在聚乳酸及其制品方面，目前我国已占据国内大部分市场份额且产能增长较快。国内的PLA生产企业以金发科技股份有限公司、上海同杰良生物材料有限公司、浙江海正生物材料股份有限公司、浙江友诚新材料有限公司、安徽丰原集团有限公司等为代表。
在技术研发方面，目前国内许多企业正在大力研发丙交酯生产技术，试图攻破聚乳酸产业技术壁垒，打通“乳酸 ‒ 丙交酯 ‒ 聚乳酸”全产业链，增强成本优势。面向未来，PLA的化学回收正处于技术探索阶段，目前国内深圳光华伟业股份有限公司、安徽丰原生物技术股份有限公司、四川大学、青岛科技大学等企业和高校均在攻克相关技术。
重点品种发展思路
PLA：发展非粮生物资源发酵制备乳酸技术、丙交酯高效合成及纯化工艺与设备、废旧PLA化学闭环循环技术。
PPDO：近期重点开展PPDO在生物医用领域的国产化替代；逐步实现PPDO单体合成、开环聚合、材料应用、循环回收的全产业链自强发展。
PEF：开发呋喃二甲酸单体原料的非粮连续化制备技术和羟甲基糠醛的低成本氧化技术；建立呋喃聚酯的高效催化聚合体系，实现全链条技术发展。
bio-PA：基于生物基二元酸或二元胺单体，自主开发生物基脂肪族、半芳香、全芳香族聚酰胺新材料。
基于推进高分子材料绿色和低碳发展的目标，以生物基、可循环、易回收、可降解为导向，研发推广性能达标、绿色环保、经济适用的塑料制品及替代产品，培育有利于规范回收和循环利用、减少塑料污染的新业态新模式。以PLA等材料为突破口，基于其来源于生物质和可堆肥降解的特点，优化末端回收与循环体系，使其在一次性塑料制品应用领域率先作为环境友好替代品推广。
生物基呋喃聚酯（PEF）是以2,5-呋喃二甲酸（FDCA）为二酸单体聚合得到的一类聚酯，FDCA作为100%生物质单体，可从玉米以及非粮农作物、秸秆、木屑等生物质原料中提取，2004年被美国能源部标注为二十一世纪最有价值的生物基平台化学物之一，因为其芳杂环结构，也被认为是最有可能替代对苯二甲酸的芳香生物基单体。
在生物基材料大的赛道中，呋喃生物基材料尤为火热，其中HMF分子结构具有呋喃环，可制备FDCA、THFDM、BAMF等上千种衍生物，继而合成上万种终端产品，广泛应用于聚酯、塑料、表面活性剂、胶黏剂、芳纶、纤维等。