随着公众环保意识的增强,利用植物作为塑料树脂的原材料正逐渐升温。意大利Goop公司宣布,已采用Cargill-Dow公司出品的NatureWork品牌植物基聚合物材料,加工出系列一次性塑料餐具。这表明,以植物为原料制造塑料树脂的技术取得了显著进步。
然而,人们对一次性塑料餐具的环保性能仍存疑虑。意大利的行动证实,原材料的可持续供应能力正受到越来越多的关注。谷物、织物、木材、甘蔗、甜菜等可再生资源,通过转化为聚合物,成为解决资源再生问题的理想途径。
实际上,利用天然材料制造聚合物并非新技术。早在20世纪初,人们就用纸浆生产了赛璐珞膜(即玻璃纸)。但当时的原材料无法通过人工合成获得,且最新的德国DIN标准及美国ASTM标准未将其列入合成材料。如今,包装市场环保意识浓厚,原材料是否为人工合成成为关键要求,一般认为非人工合成材料更符合环保标准。
UCB表面特殊处理公司的薄膜部于2005年7月出售给私有财团,该部门宣称其生产的NatureFlex品牌系列产品是完全生物降解型纤维素薄膜。这种薄膜在自然状况下高度透明,但不具备防潮或热封性能。经过涂覆和上漆处理后,这些缺点得以克服,但生物降解性会受到影响。UCB公司特殊包装材料市场部经理Andy Sweetman表示,NatureFlex系列产品采用了完全合成的聚合物涂覆层,是公司唯一可生物降解的材料。在塑料薄膜主导的包装市场上,纤维素材料已逐渐让位于传统聚合物材料,尤其是定向PP材料。Sweetman认为,现在正是推出可降解薄膜的最佳时机。他估计全球纤维素薄膜年需求量略超10万吨,而包装市场对BOPP的需求量在300万吨以上。但自推出可生物降解的NatureFlex产品以来,公司得以涉足新领域,取代传统聚合物材料。目前用量最大的单一产品是用于制造透明胶,以取代玻璃纸,接下来还将取代共挤PP、涂层PP、聚酯PP等主流透明薄膜。
NatureFlex薄膜提供非涂覆型和3种不同涂覆层的产品,涂覆薄膜具备防潮、气密和良好的热封性能。
对于所有天然聚合物,重要的终端用户市场之一是有机水果和蔬菜包装。但Sweetman表示,即使在这个领域,他们也不仅关注盈利。“通常,有机包装材料市场较为宽松,纯天然产品采用纯天然包装。我们不仅在我们具备市场和技术优势的领域获得成功,因为终端用户对产品要求苛刻,对性能上的轻微欠缺也很在意。”Sweetman说,“我们必须在开拓市场和发展技术之间维持平衡,但目前成本仍是唯一考虑因素。所有采用可再生资源制造的塑料成本,均高于传统聚合物塑料。用于食品包装时,生物塑料的防潮密封性不佳,可能影响被包装品的保存。”
提高生物塑料的防潮性和密封性是技术难题。Sweetman认为,如果防潮能影响微生物侵入,材料就不可能降解。向主要用户销售成本高且技术吸引力不足的包装材料,将面临严峻挑战。但只要生物降解材料企业相互合作而非竞争,这种挑战就会减轻。“我们开始明白,如果我们中任何人取得进展,就会改变整个包装行业。”他认为,顾客能自行决定淀粉基材料适合用作盘子,而具有防潮性和高透光性的纤维素材料更适合包装。
尽管Cargill Dow和Novamont等公司在纤维素材料加工成型研究上投入大量精力,但纤维素材料在挤出、注塑或热成型工艺上的技术进展不大。
在产能规模和市场表现方面,Cargill Dow公司一直处于新型生物降解材料的领导地位。该公司位于美国内布拉斯加州的工厂拥有聚乳酸(PLA)聚合物年产能高达14万吨。公司CEO表示,若工艺进一步优化,产能还可提高。PLA聚合物的制造工艺不再需要复杂的生化技术:将谷物粉碎分离出淀粉,淀粉精炼成葡萄糖,再转化为乳酸,乳酸浓缩成缩水乳酸中间单体,最终通过无溶剂过程制成聚合物。
Dow的诀窍在于能够在市场可承受的成本下完成所有制造过程。“单家工厂可制造14万吨,这是绝无仅有的。显然,我们的产量在增加,任何新企业都会有这样的发展过程。我们希望产品更快被市场接受,从而证实其与非降解材料相比具有竞争力。”Bader相信,NatureWork与PS材料相比,只要达到足够产量,最终价格上就有竞争力。除Cooplptlia外,Cargill Dow已有众多客户,包括意大利Lper超市、英国箱包制造商Europackging、比利时Bio-Plant超市等,但他承认还需打入行业内大型企业。
Bader表示,他们真正关注产品环保性,属于少数衷心关注资源可持续性的公司。“很多公司经常将环保挂在嘴上,但很少身体力行。”如果取得技术突破,最有可能在包装市场,特别是食品包装。“我们业务的80%集中在包装业,因为PET较容易被替代,有需求的市场最容易发展。”除了可生物降解,还存在其他原因,“其中包含石油价格因素。我们最近看到了最高油价,有人预言未来20、50或100年中会闹油荒。这不是会不会有,而是什么时候有的问题。”目前油价和衍生制品价格远高于过去数十年水平,Bader认为谷物价格可基本保持稳定。Cargill Dow公司最近的一些新订单就来自客户心中的这种微妙变化。顾客对未来的预见性不能低估。据Cargill Dow调查,意大利是欧洲生物降解材料最大的市场,这主要归功于Novamont公司在Mater-Bi改进淀粉基系列降解材料上获得的巨大进展。
Novamont公司的淀粉基产品年产能达2万吨以上。2005年夏天,他们购买了Eastman公司的生物事业部,为生物降解聚合物部门增加新业务。生物事业部及一些技术专利是重大战略举措,这将是Novamont公司为业务量进一步提升而定位的主要发展方向。这次收购将拓展该公司专利产品范围,加速内部采用可回收资源生产聚酯产品。Bastioli认为,这同时将为公司发展生物基淀粉/聚酯系列聚合物材料带来可观机遇。Dupont公司看好生物基聚合物发展前景,与Tate & Lyle公司组成合资企业,制造丙二醇材料。Dupont Tate & Lyle生物制品公司将采用谷物为原料,通过自有发酵和纯化工艺在美国田纳西州建成的工厂生产丙二醇。这家新工厂计划于2006年投产,同年投产的还有位于北卡罗来纳州世界上第一家采用谷物制造Sorona聚合物的工厂。