無處不在的霧霾天氣給整個化工業(yè)亮起了環(huán)?！熬緹簟?，“生物基”一詞的出現(xiàn)則為化工產(chǎn)品的綠色轉(zhuǎn)型帶來轉(zhuǎn)機，特別是針對產(chǎn)銷大戶聚氨酯。
據(jù)美國市場研究公司Grand View Research最新發(fā)布的研究報告顯示，至2020年，全球聚氨酯市場預計將達736億美元，未來6年內(nèi)，生物基聚氨酯將成為開發(fā)新方向。
不過，華南理工大學輕工與食品學院研究員諶凡更告訴《中國科學報》記者，目前生物質(zhì)基聚氨酯品種偏少，還無法滿足用戶對產(chǎn)品的差異化需求，生物基聚氨酯要想成為聚氨酯產(chǎn)品的主流，還須跨過多道技術(shù)門檻。
“生物基”受追捧
聚氨酯被譽為“第五大塑料”，具有耐磨、抗撕裂、抗撓曲性好等特點，是高分子材料中唯一一種在塑料、橡膠、纖維、涂料、膠黏劑和功能高分子等領(lǐng)域均有應用價值的有機合成材料。
據(jù)上述美國研究報告的調(diào)查顯示，亞太地區(qū)是全球最大的聚氨酯區(qū)域市場，中國則是亞太地區(qū)最大的聚氨酯消費國，2013年需求量在該區(qū)域占25%以上。中國聚氨酯工業(yè)協(xié)會預測，“十二五”期間，我國聚氨酯產(chǎn)品年消費量還將達到900萬~1000萬噸，實現(xiàn)產(chǎn)值2700億~4000億元。
然而，在龐大需求和火暴市場的背后，卻是以犧牲環(huán)境和資源為代價。
浙江科技學院生物與化學工程學院教授王仕財表示，生產(chǎn)聚氨酯的原料、中間體大多來自石油、煤等不可再生資源，且這些原料多為有毒、有害的化學品。另外，聚氨酯材料難以降解、其廢棄物回收困難，從而造成很大的環(huán)境污染。
出于環(huán)保考慮，用生物質(zhì)產(chǎn)品替代石油原料生產(chǎn)綠色環(huán)保型聚氨酯，備受追捧。
例如，福特汽車公司2011新款福特Explorer汽車的亮點之一就是使用大豆聚氨酯來制造汽車座墊及座椅靠背;鞋材供應商歐士萊德將非食用性生物油代替?zhèn)鹘y(tǒng)石化品作為原料，制造出首款生物基聚氨酯泡沫鞋底，并投放市場。
聚氨酯主要由異氰酸酯、聚醚多元醇、聚酯多元醇等反應制得，據(jù)估計，若用生物基多元醇代替石油類多元醇，每100萬磅可節(jié)省2200桶原油。與石油類多元醇相比，植物油多元醇總體能源消耗降低23%，非可再生資源消耗降低61%，向大氣排放溫室氣體減少36%。
技術(shù)壁壘短期難打破
不過，由于受多重技術(shù)壁壘的限制，生物基聚氨酯產(chǎn)品還很難成為主流。
“用戶現(xiàn)在對生物基聚氨酯產(chǎn)品還存在疑慮，其性能還無法與石油基聚氨酯媲美，所以也影響了產(chǎn)品的推廣?！敝R凡更對記者說，目前研究開發(fā)生物基聚氨酯主要是用生物質(zhì)基聚醚代替石油基聚醚，這就要求生物基聚醚具有與石油基聚醚相近的物理化學特性，但是要做到這一點比較困難。
中國塑料加工工業(yè)協(xié)會降解塑料專業(yè)委員會秘書長翁云宣也對《中國科學報》記者表示，對比石油基聚氨酯，生物基聚氨酯的穩(wěn)定性相對較差。諶凡更也指出，由生物質(zhì)原料生產(chǎn)的多種生物質(zhì)基聚醚，存在結(jié)構(gòu)可控性差的缺點。
“目前人們難以像生產(chǎn)石油基聚醚那樣，根據(jù)對產(chǎn)品性能的需求來設(shè)計生物質(zhì)聚醚結(jié)構(gòu)，并且按照這樣的設(shè)計來合成生物質(zhì)聚醚產(chǎn)品?！敝R凡更說。
另外，大多生物質(zhì)原料還存在原料特性隨原料產(chǎn)地、生長期不同而有較大差異的情況。不僅如此，對于當前開發(fā)熱點之一的生物可降解植物基聚氨酯材料，王仕財表示，其合成機理、結(jié)構(gòu)性能關(guān)系、降解機理及其降解速度的可控性等，也都有待于進一步研究。
如何迎接黃金期
分析人士指出，隨著國內(nèi)聚氨酯下游制品需求量的增加以及眾多跨國企業(yè)將業(yè)務(wù)重點和研發(fā)中心轉(zhuǎn)移至中國市場，未來國內(nèi)聚氨酯產(chǎn)業(yè)將迎來黃金期。
為搶占市場先機，國內(nèi)聚氨酯企業(yè)紛紛將目光投向生物基產(chǎn)品的開發(fā)中。
“其實，國內(nèi)生物基聚氨酯開發(fā)技術(shù)并不比國外差?！蔽淘菩麑τ浾呓榻B稱，例如南京紅寶麗利用可再生植物油為原料制備聚氨酯硬泡;江蘇中科金龍以二氧化碳為原料生產(chǎn)出高阻燃聚氨酯保溫材料;植物纖維基多元醇以及植物纖維基聚氨酯也開始走向工業(yè)生產(chǎn)。
不過，在諶凡更看來，目前國內(nèi)生物基聚氨酯材料研究開發(fā)的總體水平仍不夠高?！皬难芯亢烷_發(fā)本身來講，需要有更多的研究機構(gòu)和企業(yè)參與，開發(fā)出更多的生物質(zhì)基聚氨酯產(chǎn)品，適應不同的用戶需求;從聚氨酯開發(fā)者的角度講，仍需要通過新的合成手段來實現(xiàn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與性能的可控?！?/p>
他認為，生物基聚氨酯的發(fā)展還需要國家政策的支持，例如制定專門的適用于生物基聚氨酯的技術(shù)標準;在政府采購以及稅收等方面，應當制定一些有利于生物基產(chǎn)品的政策，以便讓新產(chǎn)品在社會上起到示范作用。
另外，聚氨酯的阻燃性提高與否是聚氨酯材料能否進一步在國內(nèi)推廣利用的關(guān)鍵，而這也是生物質(zhì)基聚氨酯今后的研究發(fā)展方向。
翁云宣則表示，聚氨酯企業(yè)的合成反應裝置由于習慣了石油基原料，要想適應新的生物基多元醇原料，還需要有一個摸索的過程。不過，在他看來，生物基聚氨酯產(chǎn)品仍是聚氨酯產(chǎn)品未來的發(fā)展趨勢。
