翁云宣

北京工商大學(xué)，北京　100048

2016生物基材料專刊序言

翁云宣

北京工商大學(xué)，北京100048

翁云宣北京工商大學(xué)材料與機(jī)械工程學(xué)院教授，研究方向?yàn)樯锘牧霞敖到馑芰?、塑料環(huán)境與衛(wèi)生安全、塑料制品標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量。目前兼任中國(guó)塑協(xié)降解塑料專業(yè)委員會(huì)秘書長(zhǎng)、全國(guó)生物基材料及降解制品標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)秘書長(zhǎng)。建立了以跟蹤材料有機(jī)碳生命蹤跡來(lái)評(píng)價(jià)其降解性能方法包括在堆肥、土壤、水性培養(yǎng)液和高固態(tài)條件下的測(cè)試方法，建立了利用碳十四同位素方法來(lái)測(cè)定生物基含量的方法，建成了國(guó)際認(rèn)可、國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的生物基與降解材料實(shí)驗(yàn)室，在生物降解材料加工與評(píng)價(jià)方面形成特色優(yōu)勢(shì)。牽頭完成了我國(guó)生物基材料及降解塑料標(biāo)準(zhǔn)化體系建設(shè)，推動(dòng)了產(chǎn)業(yè)規(guī)?；a(chǎn)與應(yīng)用。

翁云宣. 2016生物基材料?？蜓? 生物工程學(xué)報(bào), 2016, 32(6): 711–714.

Weng YX. Preface for special issue on bio-based materials (2016). Chin J Biotech, 2016, 32(6): 711–714.

生物基材料，是利用谷物、豆科、秸稈、竹木粉等可再生生物質(zhì)為原料制造的新型材料和化學(xué)品等，包括生物合成、生物加工、生物煉制過(guò)程獲得的生物醇、有機(jī)酸、烷烴、烯烴等基礎(chǔ)生物基化學(xué)品，也包括生物基塑料、生物基纖維、糖工程產(chǎn)品、生物基橡膠以及生物質(zhì)熱塑性加工得到塑料材料等。生物基材料由于其綠色、環(huán)境友好、資源節(jié)約等特點(diǎn)，正逐步成為引領(lǐng)當(dāng)代世界科技創(chuàng)新和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的又一個(gè)新的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)。本期?？瘓?bào)道了生物基材料總體發(fā)展情況，介紹了生物基纖維、聚羥基烷酸酯、可生物降解地膜、生物基聚酰胺、蛋白醫(yī)用生物材料、生物基聚氨酯、聚乳酸改性與加工等幾個(gè)方面行業(yè)狀況及其研究進(jìn)展。

生物基材料，聚羥基烷酸酯，聚乳酸，生物基聚酰胺，生物基纖維

Chinese Journal of Biotechnology

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June 25，2016，32（6）: 711-714

?2016 Chin J Biotech，All rights reserved

生物基材料，是利用谷物、豆科、秸稈、竹木粉等可再生生物質(zhì)為原料制造的新型材料和化學(xué)品等，包括生物合成、生物加工、生物煉制過(guò)程獲得的生物醇、有機(jī)酸、烷烴、烯烴等基礎(chǔ)生物基化學(xué)品，也包括生物基塑料、生物基纖維、糖工程產(chǎn)品、生物基橡膠以及生物質(zhì)熱塑性加工得到的塑料材料等。近年來(lái)，隨著國(guó)際原油資源的日漸趨緊，生物能源產(chǎn)業(yè)、生物制造產(chǎn)業(yè)已成為全世界的發(fā)展熱點(diǎn)，產(chǎn)業(yè)發(fā)展的內(nèi)在動(dòng)力不斷增強(qiáng)，生物基材料由于其綠色、環(huán)境友好、資源節(jié)約等特點(diǎn)，正逐步成為引領(lǐng)當(dāng)代世界科技創(chuàng)新和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的又一個(gè)新的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)。

目前，全球生物基材料產(chǎn)能已達(dá)3 000萬(wàn)t以上，每年增長(zhǎng)速率超過(guò)20%。聚乳酸 (PLA)等生物基材料的成本持續(xù)下降、性能不斷提高，對(duì)傳統(tǒng)石化材料的競(jìng)爭(zhēng)力不斷增強(qiáng)。世界各國(guó)紛紛制定相關(guān)法律法規(guī)促進(jìn)它的發(fā)展和使用，生物基材料的應(yīng)用正在從高端功能性材料和醫(yī)用材料領(lǐng)域向大宗工業(yè)材料和生活消費(fèi)品領(lǐng)域轉(zhuǎn)移，在日用塑料制品、化纖服裝、農(nóng)用地膜等方面逐漸實(shí)現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用。

為了將我國(guó)生物基材料的總體狀況、各個(gè)相關(guān)子行業(yè)情況及其有關(guān)成果等集中地展示，受《生物工程學(xué)報(bào)》邀請(qǐng)，推出一期主題為“生物基材料”的?？?，希望可以從產(chǎn)業(yè)總體發(fā)展，以及生物基纖維、聚羥基烷酸酯、可生物降解地膜、生物基聚酰胺、蛋白醫(yī)用生物材料、生物基聚氨酯、聚乳酸改性與加工等幾個(gè)方面系統(tǒng)展示行業(yè)的進(jìn)展情況。

本期?？校本┕ど檀髮W(xué) (中國(guó)塑協(xié)降解塑料專委會(huì)秘書處單位) 刁曉倩等按照生物基材料種類，介紹了生物基化學(xué)品、可生物降解生物基塑料、非生物降解生物基塑料等材料產(chǎn)業(yè)和市場(chǎng)現(xiàn)狀。生物基材料產(chǎn)業(yè)正處于由實(shí)驗(yàn)室研發(fā)向工業(yè)化生產(chǎn)和規(guī)?；瘧?yīng)用發(fā)展階段，將逐漸成為工業(yè)化大宗材料，但是在微生物合成菌種、原材料研發(fā)、產(chǎn)品成型加工技術(shù)及裝備、規(guī)模化應(yīng)用示范等方面仍需不斷加強(qiáng)。

聚羥基脂肪酸酯 (PHA) 是一類由微生物直接合成高分子聚酯，和聚乳酸 (PLA) 一同被認(rèn)為是最有發(fā)展前景的兩類生物基高分子材料。清華大學(xué)陳國(guó)強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)多年以來(lái)一直從事聚羥基烷酸酯 (PHA) 的研究，在PHA的生物合成、多樣性等研究領(lǐng)域處于國(guó)際領(lǐng)先。尹進(jìn)等通過(guò)合成與系統(tǒng)生物學(xué)、藍(lán)水生物技術(shù)等手段整合各種PHA的合成，實(shí)現(xiàn)一種底盤菌、多個(gè)代謝途徑、按需合成某一種的PHA低成本生產(chǎn)平臺(tái)，最終可能降低PHA的生產(chǎn)成本，從而促進(jìn)不同類型PHA應(yīng)用于不同領(lǐng)域。除了通過(guò)生物改性外，還可以對(duì)其進(jìn)行化學(xué)和物理改性，來(lái)實(shí)現(xiàn)提高PHA性能及降低其成本。北京工商大學(xué)周迎鑫等介紹了各種改性方法，在保留PHA原有生物降解性能的同時(shí)，提高它的加工、力學(xué)、熱穩(wěn)定等性能，進(jìn)一步拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域。

地膜覆蓋栽培技術(shù)在農(nóng)業(yè)增產(chǎn)中發(fā)揮巨大作用，我國(guó)地膜覆蓋使用量140萬(wàn)t/年以上，但由于其使用后不能生物降解，我國(guó)農(nóng)田每年會(huì)新增20萬(wàn)–30萬(wàn)t的殘留農(nóng)膜，多年累積后造成土地板結(jié)、農(nóng)作物減產(chǎn)、生態(tài)環(huán)境破壞，合理利用新型生物降解地膜已成為我國(guó)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的新需求。以聚對(duì)苯二甲酸-己二酸丁二酯(PBAT)、聚丁二酸丁二酯 (PBS)、聚羥基烷酸酯 (PHA)、聚乳酸 (PLA) 等生物聚酯材料制備的地膜，具有可生物降解的優(yōu)點(diǎn)，引起了農(nóng)業(yè)應(yīng)用部門的高度關(guān)注。中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所嚴(yán)昌榮研究員等，在執(zhí)行農(nóng)業(yè)部可降解地膜區(qū)域評(píng)價(jià)技術(shù)支撐、示范和地膜回收利用技術(shù)項(xiàng)目研究中發(fā)現(xiàn)，生物降解地膜在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具有極好效果，是解決地膜殘留污染問題的重要途徑，潛力巨大，但同時(shí)生物降解地膜需要進(jìn)一步提高產(chǎn)品質(zhì)量和降低產(chǎn)品成本，與其配套的農(nóng)藝技術(shù)和措施也需要改進(jìn)，從而實(shí)現(xiàn)生物降解地膜產(chǎn)品與農(nóng)藝技術(shù)緊密結(jié)合，滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需求。

非生物降解的生物基塑料中發(fā)展較快的幾種材料主要為生物基聚乙烯 (BioPE)、生物基聚對(duì)苯二甲酸乙二酯 (BioPET)、生物基聚酰胺(俗稱生物尼龍，BioPA)。BioPE和BioPET主要生產(chǎn)國(guó)為巴西和美國(guó)，預(yù)計(jì)至2020年這兩種材料的產(chǎn)量將超過(guò)500萬(wàn)t/年。BioPA的研發(fā)與中試不僅吸引了杜邦、巴斯夫、阿科瑪、DSM等傳統(tǒng)化工巨頭，也包括Rennovia這樣專注于研發(fā)BioPA的公司，我國(guó)廣州金發(fā)公司等單位的BioPA也已規(guī)?；a(chǎn)，鄭州大學(xué)等科研單位的技術(shù)也正準(zhǔn)備中試，據(jù)預(yù)測(cè)，到2022年，全球BioPA的產(chǎn)量將達(dá)到100萬(wàn)t以上。在本?？校嵵荽髮W(xué)黃正強(qiáng)等還較為詳細(xì)地介紹了BioPA國(guó)內(nèi)外研究技術(shù)與產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展，以及我國(guó)在BioPA的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化方面同美國(guó)、歐洲、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家相比還存在一定差距，主要表現(xiàn)在技術(shù)不夠成熟，需要加強(qiáng)原料的研發(fā)，并在生物催化、產(chǎn)品純化等方面加大研發(fā)投入力度。

生物基化學(xué)纖維，是生物基材料一個(gè)大的應(yīng)用方向，是我國(guó)戰(zhàn)略性新興材料產(chǎn)業(yè)的重要組成部分。根據(jù)原料來(lái)源與纖維加工工藝不同，生物基化學(xué)纖維可分為生物基新型纖維素纖維、生物基合成纖維、海洋生物基纖維和生物蛋白纖維四大類。中國(guó)化纖維協(xié)會(huì)生物基纖維專委會(huì)李增俊秘書長(zhǎng)，分別描述了以上4種生物基纖維的產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì)，分析了制約行業(yè)快速發(fā)展的諸多問題，并給出了實(shí)現(xiàn)2020年消費(fèi)量100萬(wàn)t/年以上目標(biāo)的建議與措施。以生物基塑料聚乳酸為原料，可分別通過(guò)熔融紡絲、溶液紡絲、靜電紡絲工藝獲得乳絲，用于生物醫(yī)藥、服裝、裝飾、包裝等領(lǐng)域。同濟(jì)大學(xué)任杰等以聚乳酸為基材的無(wú)紡布和底膜，成功應(yīng)用于衛(wèi)生巾，產(chǎn)品具有透氣、親膚、抑菌、干爽等特性。

生物基材料加工適應(yīng)性及其成本，是決定產(chǎn)業(yè)發(fā)展快慢的主要因素。由于目前各類生物基材料普遍存在價(jià)格高、性能適用性窄等缺陷，因此需要對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)母男詠?lái)拓展其應(yīng)用領(lǐng)域。中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過(guò)程研究所陳泉等，用蛋白A親和層析法純化單克隆抗體工藝的優(yōu)化技術(shù)，可有效集成至當(dāng)前主流抗體純化平臺(tái)，具有良好的大規(guī)模應(yīng)用價(jià)值。浙江萬(wàn)里學(xué)院楊椏楠等將鱉源膠原蛋白提取純化后，用于止血材料及創(chuàng)傷愈合敷料等生物醫(yī)藥材料，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所石朔等通過(guò)聚乳酸二元醇和聚乳酸-聚己內(nèi)酯共聚物二元醇與六亞甲基二異氰酸酯 (HDI) 三聚體交聯(lián)反應(yīng)，合成獲得了無(wú)毒、可降解的生物基熱固性聚氨酯(Bio-PUs)，可用于生物醫(yī)學(xué)材料。北京工商大學(xué)劉志陽(yáng)和楊楠等，在成核劑、增塑劑對(duì)聚乳酸改性及其應(yīng)用方面也作了深入的研究。

總之，我國(guó)生物基材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，關(guān)鍵技術(shù)不斷突破，產(chǎn)品種類速增，產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)性增強(qiáng)。生物基材料，己被納入《中國(guó)制造2025》新材料領(lǐng)域，成為國(guó)家大力發(fā)展的戰(zhàn)略重點(diǎn)；2014年國(guó)家發(fā)改委、財(cái)政部啟動(dòng)了生物基材料重大專項(xiàng)，支持包括天津、山東、河南、深圳、吉林長(zhǎng)春、湖北武漢在內(nèi)的全國(guó)6個(gè)省市的生物基材料產(chǎn)業(yè)集群建設(shè)和示范應(yīng)用；吉林、江蘇等地也已率先開啟“禁塑令”、“循環(huán)經(jīng)濟(jì)條例”等支持產(chǎn)業(yè)發(fā)展的有關(guān)政策；生物基材料正在成為產(chǎn)業(yè)投資的熱點(diǎn)，顯示出了強(qiáng)勁的發(fā)展勢(shì)頭。

(本文責(zé)編郝麗芳)

May 9, 2016

Yunxuan Weng. Tel: +86-10-68985563; Fax: +86-10-68985371; E-mail: wyxuan@th.btbu.edu.cn

Preface for special issue on bio-based materials (2016)

Yunxuan Weng
Beijing Technology and Business University, Beijing 100048, China

Bio-based materials are new materials or chemicals with renewable biomass as raw materials such as grain, legume, straw, bamboo and wood powder. This class of materials includes bio-based polymer, biobased fiber, glycotechnology products, biobased rubber and plastics produced by biomass thermoplastic processing and basic biobased chemicals, for instance, bio-alcohols, organic acids, alkanes, and alkenes, obtained by bio-synthesis, bio-processing and bio-refinery. Owing to its environmental friendly and resource conservation, bio-based materials are becoming a new dominant industry taking the lead in the world scientific and technological innovation and economic development. An overview of bio-based materials development is reported in this special issue, and the industrial status and research progress of the following aspects, including biobased fiber, polyhydroxyalkanoates, biodegradable mulching film, bio-based polyamide, protein based biomedical materials, bio-based polyurethane, and modification and processing of poly(lactic acid), are introduced.

bio-based materials, polyhydroxyalkanoates, poly(lactic acid), bio-based polyamide, bio-based fiber

10.13345/j.cjb.160192