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生物塑料是指以可再生生物資源（生物質(zhì)）為原料（或者部分原料）的樹脂。不同于以石油等日益枯竭的化石資源為原料的傳統(tǒng)樹脂（石油樹脂），可為構(gòu)建可持續(xù)發(fā)展社會(huì)做貢獻(xiàn)。并且，即使在生物質(zhì)中，使用植物資源的生物塑料（植物類樹脂）還有望實(shí)現(xiàn)二氧化碳減排（這也取決于制造工序中的能耗）。

圖1：使用生物PET的PET瓶

與石油樹脂相比，生物塑料的歷史還比較短，但最近一兩年，新樹脂的開發(fā)、物性的改進(jìn)以及供應(yīng)體制的完善一直穩(wěn)步推進(jìn)，應(yīng)用范圍逐漸擴(kuò)大。在食品、飲料及化妝品容器等方面的應(yīng)用越來越廣，如果進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，還有助于削減生物塑料的成本。

需求劇增的生物PET

以生物PET（聚對苯二甲酸乙二酯）＊1為例，飲料瓶用途方面的需求迅速增加（圖1）。歐洲生物塑料協(xié)會(huì)稱，生物PET的產(chǎn)能在2010年到2011年一年間激增約8倍，該協(xié)會(huì)2012年秋季的統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，產(chǎn)能已達(dá)到45萬噸。而且，預(yù)計(jì)這一需求今后還會(huì)增加，日本豐田通商公司預(yù)測，到2015年，生物PET的使用量將擴(kuò)大到300萬噸以上。

并且，生物PET還可用作汽車的內(nèi)裝材料。實(shí)際上，豐田汽車公司的混合動(dòng)力車“SAI”的坐墊、地墊、行李艙托盤和行李艙內(nèi)表面，三菱汽車公司的純電動(dòng)汽車“i-MiEV”的部分座席面等，均采用了生物PET（圖2）。如果通過量產(chǎn)成本得以下降，估計(jì)生物PET的應(yīng)用范圍還會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大。

*1：生物PET是指以生物乙醇為原料生成乙二醇（MEG），然后利用乙二醇生產(chǎn)出來的PET。或者指采用植物對二甲苯衍生的對苯二甲酸，與生物乙醇生成的乙二醇制成的100％源于植物的PET。

降低聚乳酸成本

生物塑料中，聚乳酸（PLA）最先被應(yīng)用于汽車、辦公設(shè)備及電子產(chǎn)品等領(lǐng)域。雖然以前在耐水解性、耐熱性、阻燃性、抗沖擊性及成型性等方面存在課題，但隨著物性的不斷改善，其應(yīng)用范圍正在向著汽車內(nèi)裝部件及一體機(jī)外裝部件等以前難以應(yīng)用的領(lǐng)域推廣。并且，近幾年旨在降低聚乳酸成本的技術(shù)開發(fā)也在取得進(jìn)展。

圖2：三菱汽車的純電動(dòng)汽車“i-MiEV”的部分座席面料采用了生物PET

日本理光公司和靜岡大學(xué)共同開發(fā)出的技術(shù)就是其中之一。這項(xiàng)“聚乳酸的無金屬低溫聚合技術(shù)”可安全、高品質(zhì)并且以低成本合成聚乳酸。

利用以往的普通聚合法合成聚乳酸時(shí)，通常要使用錫類催化劑，在大約200℃的高溫環(huán)境下，花費(fèi)數(shù)小時(shí)的時(shí)間進(jìn)行合成。而“聚乳酸的無金屬低溫聚合技術(shù)”利用超臨界二氧化碳＊2及有機(jī)分子催化劑，不僅不需要有機(jī)溶劑和金屬催化劑，而且還可在40℃～60℃的低溫環(huán)境下，在15分鐘以內(nèi)完成聚乳酸的合成。

*2 超臨界二氧化碳是指溫度和壓力在臨界點(diǎn)以上（31℃以上、7.4MPa以上）的二氧化碳，是一種介于氣體和液體之間的狀態(tài)，同時(shí)具有氣體的擴(kuò)散性和液體的溶解性。

而且，有機(jī)分子催化劑可以去除。因此，除了能夠節(jié)能、低成本地合成聚乳酸之外，還可不使用有機(jī)溶劑及金屬催化劑，安全地合成高純度、高質(zhì)量的聚乳酸。而且，理光和靜岡大學(xué)還利用該技術(shù)成功連續(xù)合成了聚乳酸（固體成分達(dá)到95％以上）。并且，該技術(shù)的特點(diǎn)還包括，較以往方法可大大使設(shè)備緊湊化。據(jù)稱還可用于制造耐熱性較高的立構(gòu)復(fù)合型聚乳酸。

非可食性樹脂的開發(fā)也在穩(wěn)步推進(jìn)

對于生物塑料而言，將非可食性資源和未利用資源作為原料也是重要課題。與這方面相關(guān)的技術(shù)開發(fā)也在穩(wěn)步推進(jìn)。

日本大賽璐聚合物公司開發(fā)的“CELBLEN EC系列”非可食性新生物塑料技術(shù)便是其中之一。這是一種以紙漿等木質(zhì)資源纖維素為原料制成的纖維素酯類樹脂，植物性成分占總質(zhì)量的40～50％。由于自然界存在大量的纖維素，因此原料便于采購，而且不會(huì)與糧食產(chǎn)生競爭，可為構(gòu)建可持續(xù)發(fā)展社會(huì)做出貢獻(xiàn)。

大賽璐聚合物稱，一般情況下，纖維素酯類樹脂的熱可塑性較低，所以在用于成型加工時(shí)需添加可塑劑。因此，利用現(xiàn)有材料制成的產(chǎn)品在進(jìn)行長期保管時(shí)，會(huì)因可塑劑揮發(fā)而出現(xiàn)尺寸變化及變形，這成為技術(shù)難題。該公司在開發(fā)新型可塑劑的同時(shí)，還對添加劑的成分比例進(jìn)行了改進(jìn)，并利用化合物技術(shù)，最終解決了這一問題。該公司稱，CELBLEN EC系列作為成型材料，具有出色的機(jī)械強(qiáng)度。

使用纖維素納米纖維（CNF））制造可射出成型的高植物性復(fù)合材料的研究也正在穩(wěn)步推進(jìn)。纖維素納米纖維是將植物纖維微細(xì)化至納米級后得到的材料。密度是鋼鐵的1/5，強(qiáng)度卻是其5倍以上，既輕巧又牢固，熱變形量也較小，僅為玻璃的約1/50。通過將其添加到樹脂中，有望實(shí)現(xiàn)輕量、高強(qiáng)度、高植物性復(fù)合材料。

圖3：添加了10％（質(zhì)量比）纖維素納米纖維的高密度聚乙烯（HDPE）發(fā)泡體。密度為0.76。

京都大學(xué)生存圈研究所生物功能材料領(lǐng)域教授矢野浩之的研究室、與京都市產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究所等組成的產(chǎn)官學(xué)合作共同研究小組，就是致力于這一研究的團(tuán)體之一。通過“2007～2009年NEDO大學(xué)創(chuàng)業(yè)實(shí)用化研究開發(fā)事業(yè)”等，該研究小組已將制造纖維素納米纖維以及以其為原料的高植物性復(fù)合材料納上日程。并且還在利用微細(xì)發(fā)泡成型技術(shù)，進(jìn)行使生物塑料進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)輕量化，并具備隔熱性及絕緣性等的研發(fā)，力爭制造出可用于汽車結(jié)構(gòu)部件等的復(fù)合材料（圖3）（作者：富岡恒憲，日經(jīng)能源環(huán)境網(wǎng) 供稿）。