隨著人們對(duì)環(huán)境問(wèn)題的日益關(guān)注，生物基塑料作為高分子材料、生命科學(xué)和機(jī)械工程等多學(xué)科交叉的前沿領(lǐng)域，正成為世界各國(guó)普遍重視的研究熱點(diǎn)。美國(guó)能源部（DOE）預(yù)計(jì)到2020年，來(lái)自植物可再生資源的聚合物材料應(yīng)用將增加到10%，而2050年更有可能達(dá)到50%。
生物基塑料種類(lèi)與原料
舊糧食制生物基塑膠制品的生產(chǎn)裝置。
生物基塑料與合成塑料材料相比，具有良好的生物相容性、生物可降解性且降解產(chǎn)物無(wú)毒副作用等優(yōu)點(diǎn)。生物基塑料可以分為微生物類(lèi)、天然物類(lèi)和化學(xué)合成類(lèi)三種類(lèi)型。微生物類(lèi)生物基塑料主要利用細(xì)菌、霉菌、藻類(lèi)等微生物在代謝過(guò)程中體內(nèi)積聚的聚酯類(lèi)物質(zhì)，生產(chǎn)的如聚羥基丁酸戊酸共聚酯（PHBV）、微生物多糖等；天然物類(lèi)生物基塑料主要包括殼聚糖/
表1：目前常用的生物基塑料列表
纖維素、淀粉、醋酸纖維素、熱塑性淀粉等；化學(xué)合成類(lèi)生物基塑料由於利用化學(xué)生物法合成，因此組成和分子量都可以自由設(shè)計(jì)，產(chǎn)品種類(lèi)眾多，如硬質(zhì)類(lèi)如聚乳酸（PLA），軟質(zhì)類(lèi)如聚己內(nèi)酯（PCL）、聚丁二酸丁二醇酯（PBS）、聚（丁二醇丁二酸/己二酸酯）（PBSA）、聚(對(duì)苯二甲酸丁二醇酯-己二酸丁二醇脂)（PBAT）、聚乙烯醇（PVA）。
目前以美國(guó)、日本為代表，正在進(jìn)行生物基塑料生產(chǎn)原料的擴(kuò)展研究。主要包括：（1）廢棄物：如食品廢棄物、餐廚垃圾、家畜排泄物、建筑廢棄物、舊紙張等；（2）未利用廢棄物：如農(nóng)作物非食用部分、林地殘留物等；（3）資源作物：如以能源、制品原料為目的的油脂植物、糖類(lèi)作物等；（4）新類(lèi)型作物：海洋植物、轉(zhuǎn)基因植物等。從而減少目前生物基塑料對(duì)於糧食作物、經(jīng)濟(jì)作物的使用量，更好的發(fā)揮生物基塑料的環(huán)境友好性。
圖一
圖二
通過(guò)圖1與圖2的對(duì)比可以看出，生物基塑料的環(huán)境友好度明顯大於常用的石油基塑料。加之具有良好的回收處理性能，在進(jìn)一步拓寬原料來(lái)源，提高使用性能後，無(wú)疑將成為傳統(tǒng)石油基塑料的重要替代材料。
生物基塑料在日本的應(yīng)用與研究進(jìn)展
圖3PC/PLA材料的應(yīng)用（出處：富岡恒憲，2009年10月）
從用途來(lái)說(shuō)，生物基塑料主要應(yīng)用於以下幾個(gè)方面。（1）農(nóng)業(yè)工程、土木工程材料；（2）生活垃圾回收袋；（3）食品的容器、包裝；（4）非食品的容器、包裝；（5）衣料纖維、生活用品；（6）電子設(shè)備；（7）辦公設(shè)備；（8）汽車(chē)零部件；（9）醫(yī)療用品等。
隨著各國(guó)針對(duì)生物基塑料的研究不斷深入，針對(duì)不同材料配方改進(jìn)與加工制備方法的研究也隨之更深入，體現(xiàn)出良好的發(fā)展趨勢(shì)。
替代PC/ABS的電子設(shè)備、辦公設(shè)備部件制造
日本富士公司研發(fā)的PC/PLA混合材料的阻燃性已能達(dá)到UL-94規(guī)格的最高等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，并成功解決了PC/PLA/阻燃劑混合後導(dǎo)致的成型難度加大、制品抗沖擊性下降的問(wèn)題，使得PC/PLA材料的加工條件與抗沖擊性基本達(dá)到傳統(tǒng)PC/ABS材料的性能。目前使用的PC/PLA材料中PLA含量已達(dá)到25%，并有望繼續(xù)增加。該材料主要用於電子設(shè)備、辦公設(shè)備外殼部件。
替代PP的汽車(chē)內(nèi)飾件部件制造
生物基塑料注射成型的汽車(chē)駕駛臺(tái)內(nèi)飾件
汽車(chē)內(nèi)飾部件對(duì)於材料的耐熱性（100℃以上）、耐沖擊性（>7kJ/m2）有較高的要求，目前多使用PP類(lèi)石油基塑料材料。隨著提升PLA結(jié)晶性能的新興結(jié)晶劑的使用，通過(guò)在反應(yīng)器中進(jìn)行預(yù)反應(yīng)處理，在不降低耐沖擊性的基礎(chǔ)上有效的提成耐熱性，使得PLA注射制件的整體性能大幅提升，耐沖擊性達(dá)到13kJ/m2，已經(jīng)呈現(xiàn)出可以替換部分汽車(chē)內(nèi)飾件PP材料的趨勢(shì)。目前有多家汽車(chē)公司均在開(kāi)展PLA材料研究，預(yù)計(jì)在2013年實(shí)現(xiàn)一定比例內(nèi)飾件材料替代。
替代石油基PE的容器、配管、膠片制造
圖5資生堂公司的生物基PE材料制造容器試驗(yàn)（注：左邊為生物基PE，右邊為石油基PE）
洗浴液的包裝材料通常要求具有較好的耐沖擊強(qiáng)度（墜落沖擊）、耐藥蝕性，和良好的手感，通常使用石油基PE材料經(jīng)中空成型制造。目前資生堂公司已開(kāi)始進(jìn)行使用生物基PE材料制造包裝容器的試驗(yàn)。試驗(yàn)顯示，生物基PE材料的性能已基本達(dá)到石油基PE材料的性能，但生物基PE材料成本是石油基PE的1.3-1.5倍。如何有效降低成本是下一步研究的主要內(nèi)容。
日本Braskem公司計(jì)劃從2011年開(kāi)始生物基PE的正式生產(chǎn)，一方面替代HDPE材料制造硬質(zhì)容器、配管類(lèi)制品，另一方面替代LLDPE制造膠片類(lèi)制品，計(jì)劃年產(chǎn)量20萬(wàn)噸，其中5萬(wàn)噸在亞洲銷(xiāo)售。
替代PP的洋麻纖維/PP共混材料
圖6 豐田紡織使用洋麻纖維/PP材料生產(chǎn)的汽車(chē)門(mén)把手
豐田紡織公司近年開(kāi)始嘗試使用洋麻纖維材料制造汽車(chē)內(nèi)飾部件。
該技術(shù)首先將洋麻纖維破碎成為直徑5mm左右的顆粒，與PP粉料混合後進(jìn)行注射成型，產(chǎn)品與單純使用PP的產(chǎn)品相比，剛性強(qiáng)、收縮率小。在洋麻纖維的含量達(dá)到60%的情況下，洋麻纖維/PP混合料流動(dòng)性與PP基本相近。在注射件長(zhǎng)度1米左右時(shí)，成型效果良好。在全球金融危機(jī)的影響下，高價(jià)格的汽車(chē)銷(xiāo)量有所下降，為洋麻纖維/PP材料的應(yīng)用提供了契機(jī)，可以更好的發(fā)揮其價(jià)格低、外觀好的優(yōu)點(diǎn)。
陳舊/廢棄糧食基塑料制造
廢棄糧食包括由於存儲(chǔ)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、霉變的糧食，也包括食品工業(yè)加工的廢棄料。為了對(duì)這些陳舊/廢棄糧食進(jìn)行有效利用，使用這些材料制造生物基塑料便成為了較好的處理方法。通過(guò)將糧食粉末與PE、PP混合，制備仿木材料、托盤(pán)、食器等制品。
圖7陳舊糧食含量70%的仿木材料
使用廢棄糧食制備制品，根據(jù)加工成型工藝不同，溫度與含糧食率各不相同。一般來(lái)說(shuō)廢棄糧食的含水率較大，當(dāng)溫度達(dá)到140℃時(shí)，混合材料中的水分開(kāi)始揮發(fā)。但當(dāng)溫度超過(guò)180℃時(shí)，糧食成分會(huì)出現(xiàn)焦燒、變色現(xiàn)象，導(dǎo)致制品質(zhì)量劣化。因此加工溫度必須嚴(yán)格控制在140-160℃間，進(jìn)行低溫加工。
混合材料使用不同的加工方法，能達(dá)到的最大糧食成分含量各不相同。一般來(lái)說(shuō)，異型材擠出成型含量最高可達(dá)70%左右，注射成型含量約為50%-70%，板材擠出成型含量約為50%，壓膜成型含量約為50%，吹膜成型含量約為35%。