源起基金關(guān)注領(lǐng)域——生物基材料（四）
生物基塑料及聚合物行業(yè)
（一）概念、分類、應(yīng)用及產(chǎn)能
塑料是聚合物的一種，聚合物是由許多相同的、簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)單元通過共價(jià)鍵重復(fù)連接而成的高分子化合物。根據(jù)來源不同，聚合物可分為生物基聚合物、化石基聚合物等。
生物基聚合物種類繁多，多數(shù)化石基聚合物都有其對(duì)應(yīng)或類似的生物基產(chǎn)品。根據(jù)歐洲生物基塑料協(xié)會(huì)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2020年全球生物基塑料產(chǎn)量為211.1萬噸，預(yù)測(cè)到2025年將逐步增長(zhǎng)至287萬噸。但相比傳統(tǒng)的高分子材料，生物基來源的產(chǎn)品產(chǎn)量還較小、品種還較單一，且在部分使用性能上還暫時(shí)不能完全替代石油基產(chǎn)品。
生物基塑料應(yīng)用廣泛，包裝、消費(fèi)品和紡織品是主要應(yīng)用領(lǐng)域，根據(jù)歐洲生物塑料協(xié)會(huì)數(shù)據(jù)，2020年軟包裝、硬包裝、消費(fèi)品和紡織品的應(yīng)用占比分別為26.27%、20.97%、12.26%和11.41%。
按照能否生物降解，可將生物基塑料劃分為可降解生物基塑料和不可降解生物基塑料。全球生物基塑料約占每年生產(chǎn)的塑料中的1%，2020年，全球生物基塑料產(chǎn)能達(dá)211.1萬噸，其中可生物降解塑料的產(chǎn)能為122.7萬噸，主要是PLA和淀粉基塑料，各占比32%，不可生物降解產(chǎn)能為88.4萬噸，其中PA(聚酰胺)和PE(聚乙烯)占比最大，分別為28%和25%。截止2021年末，亞洲共計(jì)擁有全球49.9%的生物基塑料產(chǎn)能。
生物基材料主要受制于售價(jià)較高。主要生物基材料如PLA，其性能已與傳統(tǒng)塑料不相上下，滲透率提升主要受制于價(jià)格較高。據(jù)降解塑料專委會(huì)披露的2021年市場(chǎng)平均成交價(jià)格數(shù)據(jù)，PLA市場(chǎng)價(jià)格在2.5-2.9萬元/噸，而傳統(tǒng)塑料PE、PS、PP市場(chǎng)價(jià)格在0.8-1.4萬元/噸。
生物基材料(Bio-based Materials)和生物降解材料(Biodegradable Materials)是完全不同的概念。通常來講，生物降解高分子材料是指在微生物作用下或在堆肥條件下可降解的高分子聚合物。
生物基材料強(qiáng)調(diào)的是其生物來源的可再生來源性，它既可以是生物可降解的高分子如聚乳酸（PLA），也可以是生物不可降解的高分子如生物基聚乙烯，而生物降解材料強(qiáng)調(diào)的是生物可降解性，它既可以是生物可降解的高分子如聚乳酸(PLA)，也可以是石油基高分子材料(Petroleum-based Polymers)PBS和PBAT。生物可降解塑料如果使用生物原料，且在受控堆肥條件下生物降解，則可以通過關(guān)閉生物循環(huán)(Biological Cycle)的理念融入循環(huán)經(jīng)濟(jì)。生物材料(Biomaterials)是指用于人體或動(dòng)物組織器官的診斷、修復(fù)或功能增進(jìn)的一類材料，包括有機(jī)材料、無機(jī)材料、金屬材料等。
（二）不可降解生物基塑料
不可降解生物基塑料的產(chǎn)品在達(dá)到使用壽命后50-100年內(nèi)仍可維持塑料性能，但因采用可再生資源作為原料，可減少石油資源消耗和碳排放。不可降解生物基塑料主要包括聚酰胺(PA)、聚乙烯(PE)、聚對(duì)苯二甲酸1.3-丙二醇酯(PTT)、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)等。PA可用于塑料和纖維，其技術(shù)壁壘較高，杜邦、巴斯夫、DSM、阿科瑪?shù)葌鹘y(tǒng)國(guó)際化工龍頭相繼進(jìn)行PA研發(fā)與中試，我國(guó)金發(fā)公司PA已實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)，部分科研院所正準(zhǔn)備中試，預(yù)計(jì)到2022年全球PA產(chǎn)量將突破100萬噸。
生物基PE通常以蔗糖為原料聚合生成，平均每噸可減少2.15噸的碳排放，全球主要生物基PE供應(yīng)商為巴西的Braskem，早在2010年便已實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)，年產(chǎn)能達(dá)20萬噸。
1.聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯PET和聚呋喃二甲酸
乙二醇酯PEF聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)，屬結(jié)晶型飽和聚酯，化學(xué)式為(C10H8O4)n，下游應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，屬于五大工程塑料。
PET的化學(xué)制備過程，是由對(duì)苯二甲酸二甲酯與乙二醇酯交換或以對(duì)苯二甲酸(PTA)與乙二醇(MEG)酯化先合成對(duì)苯二甲酸雙羥乙酯，然后再進(jìn)行縮聚反應(yīng)制得。使用生物基PX、PTA和生物基MEG單體替代化石基單體制備生物基的PET技術(shù)日益受到重視。2,5-呋喃二甲酸(FDCA)由來源豐富的淀粉或纖維素通過水解、氧化得到，是美國(guó)能源部選定的12種最具發(fā)展?jié)摿Φ纳锘脚_(tái)化合物中唯一一種含剛性芳香環(huán)的化合物，結(jié)構(gòu)中含有剛性呋喃環(huán)。
FDCA是PTA的理想替代品，PDCA替代PTA和MEG縮聚可以得到生物基芳香聚酯(聚呋喃二甲酸乙二醇酯，簡(jiǎn)稱PEF)。呋喃環(huán)結(jié)構(gòu)的芳香性和電子共軛效應(yīng)，造就了其合成的生物基高分子材料在較寬溫度范圍內(nèi)具有優(yōu)良的物理機(jī)械性能，電絕緣性優(yōu)良，甚至在高溫高頻下，電性能仍較好，抗蠕變性、耐疲勞性、耐摩擦性、尺寸穩(wěn)定性也很好，但耐電暈性較差。
PET主要應(yīng)用為電子電器方面如電氣插座、電子連接器等，還可紡成聚酯纖維，即滌綸。可制成薄膜用于錄音、錄像、電影膠片等的基片、絕緣膜、產(chǎn)品包裝等。PET作為塑料可吹制成各種瓶，如可樂瓶、礦泉水瓶等，此外還可作為電器零部件、軸承、齒輪等。
2.聚酰胺PA
聚酰胺PA是主鏈具有酰胺結(jié)構(gòu)的線型高分子的統(tǒng)稱，可用于塑料或者纖維，主要產(chǎn)品包括脂肪族PA、芳香族PA和半芳香族PA(如PA6，PA66，PA610，PA6T，PA11，PA46，PA10等)。PA具有良好的力學(xué)性能、耐熱性、耐磨損性、耐化學(xué)藥品腐蝕性和自潤(rùn)滑性，且摩擦系數(shù)低，有一定阻燃性和自熄性。PA材料優(yōu)異的性能使其在工業(yè)上廣泛應(yīng)用于電子電器、汽車、力學(xué)組件、醫(yī)療醫(yī)藥等領(lǐng)域。PA產(chǎn)業(yè)主要以工程塑料為主要發(fā)展方向，同時(shí)進(jìn)行節(jié)能環(huán)保的技術(shù)革新。
生物基PA、節(jié)能低耗以及功能化PA將是促進(jìn)PA行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的三大方向。生物制造具備較廣闊的市場(chǎng)空間，然而生物法制造長(zhǎng)鏈二元酸、生物基戊二胺、生物基聚酰胺等產(chǎn)品的技術(shù)開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化往往需要大量時(shí)間，且失敗率極高，投資規(guī)模大，具有顯著的技術(shù)壁壘。生物基聚酰胺材料方面，凱賽生物在生物法長(zhǎng)鏈二元酸、生物基戊二胺和生物基聚酰胺行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)中的優(yōu)勢(shì)地位較為突出，基于自產(chǎn)的生物基戊二胺與二元酸的縮聚得到生物基聚酰胺產(chǎn)品，如聚酰胺-56(PA56)，具有高強(qiáng)、耐磨、阻燃、吸濕、回彈性好等特點(diǎn)。
3.聚乙烯PE
聚乙烯PE，是乙烯為單體經(jīng)過自由基聚合或配位聚合而成的聚合物，具有耐酸堿、耐低溫、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用廣泛。聚乙烯塑料是現(xiàn)在全球產(chǎn)量最大的塑料。常見PE有高密度聚乙烯(HDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)、線性低密度聚乙烯(LLDPE)等。HDPE經(jīng)常采用淤漿法、氣相法(低壓)、溶液法聚合，除具有良好的機(jī)械性能和加工性能外，還具有較為優(yōu)異的衛(wèi)生性、阻隔性、耐腐蝕性、絕緣性等，經(jīng)常用于管材、中空、薄膜、電線電纜等。LDPE常采用高壓自由基聚合，因?yàn)椴牧陷^軟，常用于塑料袋、農(nóng)用膜等。LLDPE是在催化劑作用下，乙烯與少量高級(jí)α-烯烴(如1-丁烯、1-己烯、1-辛烯等)經(jīng)高壓或低壓聚合而制備的共聚物，主要用于農(nóng)膜、包裝膜、電線電纜、管材、涂層制品等。
巴西Braskem公司是世界領(lǐng)先的生物聚合物生產(chǎn)商，2010年9月首次實(shí)現(xiàn)生物基PE商業(yè)規(guī)模的生產(chǎn)，目前產(chǎn)能約為20萬噸/年。生物基PE通過間接合成路徑，以甘蔗的蔗糖為主要原材料，通過微生物發(fā)酵生成乙醇，催化劑作用于乙醇生成乙烯，再經(jīng)過聚合工藝成為生物基PE。直接合成是通過生物工程手段，將生物體內(nèi)引入微生物，以有機(jī)物或CO2為原料在體內(nèi)直接合成乙烯，投資小、環(huán)境友好、產(chǎn)品純度高，但尚未工業(yè)化。生物基PE具有極佳的節(jié)能減排效應(yīng)，據(jù)新思界數(shù)據(jù)，以其為原料生產(chǎn)的產(chǎn)品每噸能夠消除高達(dá)2.15噸的二氧化碳。
生物基聚乙烯擁有與傳統(tǒng)石油基聚乙烯相同的分子結(jié)構(gòu)，在使用加工方面無需特別設(shè)計(jì)。因此傳統(tǒng)石油基PE主要應(yīng)用領(lǐng)域如膜袋、軟包裝等塑料產(chǎn)品均可由生物基PE完成替代。現(xiàn)階段，生物基聚乙烯的應(yīng)用主要還限制在汽車工業(yè)、化妝品、包裝、玩具、個(gè)人衛(wèi)生、清潔產(chǎn)品等高附加值領(lǐng)域，美國(guó)消費(fèi)商品公司寶潔、日本化妝品公司資生堂、日本豐田公司和三菱汽車等都已經(jīng)開始采用生物基聚乙烯材料產(chǎn)品。
（三）可降解生物基塑料
主要包括聚乳酸(PLA)、聚羥基脂肪酸酯(PHA)、淀粉基塑料等。
1.聚乳酸PLA
聚乳酸PLA的單體原料是乳酸，乳酸是一種大宗化學(xué)品，2019年全球產(chǎn)能超過60萬噸。一般是將玉米等殼類作物碾碎后，從中提取淀粉，然后將淀粉制成未精化的葡萄糖，接著發(fā)酵葡萄糖，最終經(jīng)過提純工藝得到乳酸單體。PLA合成主要有兩種方法，分別是乳酸直接縮聚法和丙交酯開環(huán)聚合法(又叫二步法)。直接縮聚法制備出的聚乳酸分子量一般較低，限制了其商業(yè)化利用。二步法最為常用，其過程是首先將乳酸進(jìn)行減壓蒸餾制得丙交酯(LA)，再以丙交酯為單體，在引發(fā)劑、高溫、高真空度條件下反應(yīng)數(shù)小時(shí)制得PLA。
中間體丙交酯的合成和純化是PLA工藝流程中的核心技術(shù)和難點(diǎn)，只有高純度的丙交酯才能應(yīng)用于PLA合成，我國(guó)丙交酯進(jìn)口依賴度高，供應(yīng)受限且不穩(wěn)定，僅依靠采購丙交酯最后完成聚合，產(chǎn)品成本非常高。國(guó)內(nèi)安徽豐原、浙江海正和金丹科技已經(jīng)突破了丙交酯技術(shù)，并同步開始加速產(chǎn)能布局。
PLA產(chǎn)能主要集中于海外，全球可降解塑料企業(yè)數(shù)量較多，產(chǎn)品種類具有很大差異，單家公司產(chǎn)能都較小，大部分公司產(chǎn)能都不足5萬噸。產(chǎn)能占比較大的企業(yè)主要包括美國(guó)嘉吉與陶氏化學(xué)合資的NatureWorks公司，科比恩與道達(dá)爾合資Corbion-Purac公司，分別擁有15萬噸/年和7.5萬噸/年的產(chǎn)能。NatureWorks宣布在泰國(guó)開設(shè)75,000噸/年的工廠，預(yù)計(jì)2023-2024年正式投入運(yùn)營(yíng)。
國(guó)內(nèi)企業(yè)目前受制于技術(shù)水平、產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)規(guī)模等方面原因，市場(chǎng)份額較小，國(guó)內(nèi)PLA市場(chǎng)分散度較高，近年來，國(guó)內(nèi)一些玉米深加工企業(yè)和生物化工企業(yè)開始投資進(jìn)入PLA產(chǎn)業(yè)，但PLA產(chǎn)業(yè)在我國(guó)仍處于起步階段，已建并投產(chǎn)的生產(chǎn)線并不多，且多數(shù)規(guī)模較小，在建或規(guī)劃產(chǎn)能達(dá)到160萬噸。
PLA產(chǎn)品相比其他生物基塑料，優(yōu)勢(shì)在于力學(xué)性能強(qiáng)，拉伸強(qiáng)度及彎曲強(qiáng)度強(qiáng)，劣勢(shì)在于耐熱性差，產(chǎn)品脆度大，且成本無法與傳統(tǒng)塑料抗衡，2022年均價(jià)約為2.5萬元-2.9萬元/噸。通過對(duì)PLA的耐熱性改性以及增韌改性，同時(shí)通過對(duì)PLA發(fā)泡/以纖維和纖維素作為填料對(duì)PLA填充等方式降低成本。
聚乳酸PLA是產(chǎn)業(yè)化最成熟、產(chǎn)量最大、應(yīng)用最廣泛的生物基和生物降解塑料。下游應(yīng)用集中于食品包裝，包括硬質(zhì)容器、收縮包裝和短保質(zhì)期托盤，一些分子量較高的PLA被用于無紡布以及纖維。歐洲對(duì)PLA的需求到2025年預(yù)計(jì)可能達(dá)到每年650,000噸。
2.聚羥基脂肪酸脂PHA
聚羥基脂肪酸酯PHA，是一類由3-羥基脂肪酸組成的高分子線性聚酯的統(tǒng)稱，由多種微生物合成，具備完全可降解性，具有以下優(yōu)勢(shì)：①結(jié)構(gòu)多樣性，已發(fā)現(xiàn)的單體結(jié)構(gòu)超150多種，應(yīng)用場(chǎng)景不斷拓廣；②自發(fā)生物可降解性，無需堆肥即可在自然環(huán)境下降解，有氧和無氧條件下均可實(shí)現(xiàn)降解，是唯一能在海洋和土壤中快速降解的材料，且降解時(shí)間可控；③生物相容性，在生物體內(nèi)的降解產(chǎn)物主要是小分子低聚物或單體成分，對(duì)人體無毒無害；④氧氣、水汽阻隔性更佳。
PHA的單體是3-羥基脂肪酸，單體的多樣性造成了PHA種類的多樣性。PHA有多種分類方式，根據(jù)單體碳鏈長(zhǎng)度可分為短鏈PHA、中長(zhǎng)鏈PHA以及短鏈和中長(zhǎng)鏈的共聚PHA，根據(jù)聚合方式可分為均聚物、隨機(jī)共聚物和嵌段共聚物。
不同的PHA由于鏈長(zhǎng)的差別，材料學(xué)性質(zhì)也大為不同，其中四類研究最多、工業(yè)化程度最高的是PHB、PHBV、PHBHHx和P34HB。PHA具有優(yōu)異的力學(xué)性能，從堅(jiān)硬質(zhì)脆的硬塑料到柔軟的彈性塑料、纖維等，再加上其生物可降解性、生物相容性、塑料熱加工性、光學(xué)活性、氣體相隔性等，和其他材料共混之后也能顯著增強(qiáng)產(chǎn)品的可降解性能，在化工產(chǎn)品、醫(yī)用植入材料、藥物緩釋載體、電學(xué)材料等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。但PHA生產(chǎn)成本高，價(jià)格超過了其他大部分可降解塑料，使得滲透率較低，暫時(shí)主要用于醫(yī)療器械等高附加值領(lǐng)域。PLA售價(jià)在2.4-2.9萬元/噸，PBAT售價(jià)2-3萬元/噸，PHA售價(jià)達(dá)到4-6萬元/噸，成本超過3萬元/噸。
PHA合成方法中，生產(chǎn)菌株改造難度大、生產(chǎn)成本高、高耗能、易染菌、過程復(fù)雜、產(chǎn)物難提取等缺點(diǎn)均阻礙PHA商業(yè)化進(jìn)程。據(jù)歐洲生物塑料協(xié)會(huì)，2020年P(guān)HA全球產(chǎn)能為3.6萬噸，僅占全球生物塑料產(chǎn)能的1.7%。據(jù)Deeptech估計(jì)數(shù)據(jù)，預(yù)計(jì)到2025年P(guān)HA生物塑料與PBAT、PLA的使用量有望接近，占全球生物塑料產(chǎn)能比有望上漲至11.5%。
Danimer是全球PHA產(chǎn)能最大的企業(yè)之一，其標(biāo)志性聚合物Nodax PHA(聚羥基烷酸酯)是一種100%可生物降解、可再生和可持續(xù)的塑料，使用菜籽油作為主要原料生產(chǎn)。國(guó)內(nèi)PHA的產(chǎn)業(yè)化走在世界前列，多家企業(yè)已經(jīng)具備較強(qiáng)的生產(chǎn)能力。藍(lán)晶微生物開始建設(shè)PHA量產(chǎn)基地，規(guī)劃產(chǎn)能10萬噸分期建成。微構(gòu)工廠亦于2022年11月完成千噸級(jí)PHA示范生產(chǎn)線建成并試生產(chǎn)成功。
3.淀粉基塑料
淀粉基生物塑料已有30年研發(fā)歷史，是研發(fā)歷史最久、技術(shù)最成熟、產(chǎn)業(yè)化規(guī)模最大、市場(chǎng)占有率最高的生物降解塑料。淀粉基塑料包括淀粉填充型(淀粉7%-30%)、淀粉共混型(淀粉30%-60%)以及全淀粉型(淀粉>70%)，全淀粉塑料是最具代表性的品類，一般是改性淀粉和生物降解聚酯(如PLA/PBAT/PBS/PHA/PPC等)的共混物，可完全生物降解，其廢棄物可用作堆肥材料，對(duì)環(huán)境零污染。全淀粉塑料是淀粉基中最重要的可生物降解、堆肥材料，擁有15萬噸淀粉塑料產(chǎn)能的意大利Novamont公司的MaterBi是全淀粉塑料的代表，我國(guó)產(chǎn)能已位居全球首位，代表廠商包括武漢華麗、常州龍駿、深圳虹彩、蘇州漢豐等，主要以玉米和木薯淀粉原料為主，并擁有核心專利技術(shù)。
全淀粉塑料在吹膜時(shí)對(duì)溫度非常敏感，在擠出或吹膜時(shí)要謹(jǐn)慎使用溫度，90/130/120/105℃是常用的吹膜使用溫度。當(dāng)吹膜溫度在130-150時(shí)，產(chǎn)量能達(dá)到和PE類薄膜吹膜同樣的產(chǎn)量，同時(shí)熱封合性和PE類膜一樣優(yōu)良。2020年全球淀粉塑料的產(chǎn)量將達(dá)到129.8萬噸，占生物塑料總產(chǎn)量的32%。北美是淀粉塑料的主要生產(chǎn)和消費(fèi)地區(qū)。
（四）生物降解塑料
生物降解塑料的共性是在分子設(shè)計(jì)時(shí)主鏈引入酯鍵，酯鍵是不穩(wěn)定的化學(xué)鍵，在生物酶和水作用下，發(fā)生化學(xué)鍵斷裂，逐步成為水和二氧化碳。
1.聚丁二酸丁二醇酯PBS
PBS是二酸類和二醇類產(chǎn)品進(jìn)行縮聚反應(yīng)得到的系列產(chǎn)品，包括PBS、PBSA、PBST、PBAT等。聚丁二酸丁二醇酯PBS通過1,4-丁二酸和１,4-丁二醇縮聚合成，原料不僅可以由石油化工和煤化工路線獲得(如從馬來酸酐中提取)，也可以通過纖維素、葡萄糖、乳糖等可再生資源生物發(fā)酵得到。PBS具有優(yōu)異的成型加工性、耐熱性、力學(xué)性能和生物降解性，廣泛應(yīng)用在食品包裝、瓶子、超市袋、衛(wèi)生用品、地膜和堆肥袋、藥物緩釋載體、組織工程支架等生物材料領(lǐng)域，價(jià)格上與PLA基本持平，降解速率快，目前應(yīng)用受限的主要原因是PBS實(shí)際生產(chǎn)產(chǎn)量供給不足，原料丁二酸供給受限。
PBS快速發(fā)展為丁二酸帶來巨大增長(zhǎng)空間。山東蘭典科技是國(guó)內(nèi)生物基丁二酸龍頭企業(yè)，采用以淀粉為原料的生物合成工藝， 2015年獨(dú)家買斷中科院天津工生所菌種專利技術(shù)20年使用權(quán)，技術(shù)工藝具備不可復(fù)制性。公司首條產(chǎn)線于2017年竣工投產(chǎn)，產(chǎn)能2萬噸，規(guī)劃未來生物基丁二酸產(chǎn)能將達(dá)到50萬噸/年。華恒生物2022年9月公告，歐合生物將其擁有的“發(fā)酵法生產(chǎn)丁二酸”相關(guān)技術(shù)授權(quán)公司使用。歐合生物丁二酸采用的發(fā)酵法與傳統(tǒng)生產(chǎn)的化學(xué)法相比具有下列特點(diǎn)：①產(chǎn)率接近理論產(chǎn)率；②代謝路徑中的幾個(gè)關(guān)鍵酶經(jīng)過突變改造或過表達(dá)；③所使用的鹽培養(yǎng)基成分簡(jiǎn)單，易于分離；④生產(chǎn)條件溫和、污染小。
2.聚對(duì)苯二甲酸-己二酸丁二醇酯PBAT
PBAT屬于化石基生物降解塑料，具有良好的熱性能和力學(xué)性能，主要用于制備薄膜制品，具有透明性好、韌性高、抗沖擊等特點(diǎn)，在包裝領(lǐng)域和農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。PBAT在自然環(huán)境中通過微生物代謝，最終可以被轉(zhuǎn)化成二氧化碳和水。PBAT是以對(duì)苯二甲酸(PTA)、己二酸(AA)、1,4-丁二醇(BDO)為原料，通過直接酯化或酯交換法聚合而成的三元共聚酯。直接酯化法在催化劑條件下直接酯化、縮聚反應(yīng)制得PBAT，酯交換法在催化劑作用下先進(jìn)行酯化反應(yīng)或者酯交換反應(yīng)生成對(duì)苯二甲酸丁二醇酯預(yù)聚體(BD)，再與PBA進(jìn)行酯交換熔融縮聚制得。
3.聚氨酯PU
聚氨酯是由異氰酸酯和多元醇縮聚得到氨基甲酸酯基團(tuán)，進(jìn)而合成的高分子樹脂。下游包括聚氨酯塑料、聚氨酯彈性體、聚氨酯纖維、聚氨酯橡膠等，廣泛應(yīng)用于電子、汽車、建筑、日用等各個(gè)領(lǐng)域。根據(jù)QYR Research數(shù)據(jù)，國(guó)內(nèi)全聚氨酯市場(chǎng)規(guī)模在2019年達(dá)到1,622億元，預(yù)計(jì)2025年可達(dá)到2,223億元。
傳統(tǒng)方法生產(chǎn)聚氨酯的原料均為石油基產(chǎn)品，包括甲苯二異氰酸酯(TDI)、二苯甲烷二異氰酸酯(MDI)、聚丙二醇(PPG)等。生物基PU通過在聚合過程中引入生物基單體或生物基中間體，來提高產(chǎn)品中的生物基比例。近年來，使用大豆油、蓖麻油等為原料制備植物油多元醇生產(chǎn)生物基聚氨酯的方法受到極大關(guān)注。生物基BDO、生物基PDO、生物基異氰酸酯也都為生物基PU提出了新的可能。
科思創(chuàng)、拜耳、巴斯夫、旭化成等知名材料企業(yè)均擁有生物基PU的生產(chǎn)技術(shù)，在性能上均可達(dá)到石油基水平，差異在于產(chǎn)品的生物基含量。2022年，萬華化學(xué)推出了全球首款100%生物基的聚氨酯彈性體產(chǎn)品，原料PDI由玉米秸稈制得，其余添加劑也來自于蓖麻、玉米等生物質(zhì)原料。目前萬華化學(xué)已開發(fā)出10%-100%生物基占比的TPU產(chǎn)品。
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