熱固性材料因其輕巧、高強(qiáng)度、優(yōu)越的耐腐蝕性、電絕緣性及加工易性而廣泛應(yīng)用于交通運(yùn)輸、土木工程、體育用品和電氣工程等多個(gè)領(lǐng)域。這些材料主要由穩(wěn)定的共價(jià)鍵構(gòu)成，給后處理帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)：難以在溶劑或自然環(huán)境中降解，且回收再利用面臨困難，對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染。更進(jìn)一步，它們的生產(chǎn)消耗大量化石能源，加劇了環(huán)境污染和全球變暖問(wèn)題。因此，在當(dāng)前環(huán)保意識(shí)增強(qiáng)和化石能源枯竭危機(jī)日益嚴(yán)重的背景下，熱固性材料的可降解性和回收性成為材料科學(xué)領(lǐng)域的主要挑戰(zhàn)。

與此同時(shí)，生物基聚酰胺作為一種新興材料，正受到越來(lái)越多的關(guān)注。這種材料以可再生生物質(zhì)為原料，結(jié)合生物、化學(xué)和物理方法制成，具有環(huán)保、原料可再生等優(yōu)點(diǎn)，符合當(dāng)今“低碳經(jīng)濟(jì)”的發(fā)展趨勢(shì)。目前，市場(chǎng)上已有多種生物基聚酰胺產(chǎn)品，如PA1010、PA11、PA610、PA410等，雖然在商品化聚酰胺產(chǎn)品中僅占約1%的市場(chǎng)份額，但隨著生物技術(shù)和相關(guān)新技術(shù)的發(fā)展，全球?qū)ι锘埘０返呐d趣持續(xù)上升。在生物基聚酰胺的早期發(fā)展中，常用原料如蓖麻油，近年則更多轉(zhuǎn)向以葡萄糖為基礎(chǔ)，利用微生物技術(shù)生成前體。例如，帝斯曼公司采用淀粉和基因改造技術(shù)制備1，4-丁二胺，進(jìn)而合成PA46、PA4T等。在國(guó)內(nèi)，凱賽生物已掌握了覆蓋生物基聚酰胺全產(chǎn)業(yè)鏈的核心技術(shù)，包括菌種構(gòu)建、微生物開(kāi)發(fā)、代謝調(diào)控和高效轉(zhuǎn)化技術(shù)。

二、 生物基聚酰胺的優(yōu)勢(shì)

碳中和推動(dòng)下，生物基化學(xué)品替代部分石化產(chǎn)品是大勢(shì)所趨?；捴埔圆豢稍偕氖唾Y源為基礎(chǔ)，很多生產(chǎn)過(guò)程存在高能耗、高污染的問(wèn)題。而生物法是可靠的替代方案，基于合成生物學(xué)理論，用基因編輯的方式構(gòu)建高效細(xì)胞工廠，可以利用生物質(zhì)資源生產(chǎn)各種化學(xué)品，不僅原料可再生，還兼具碳減排功能。根據(jù)中科院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所統(tǒng)計(jì)，和石化路線相比，目前生物制造產(chǎn)品平均節(jié)能減排30%-50%，未來(lái)減排潛力將達(dá)到50%-70%。

圖 合成生物法利用葡萄糖合成物質(zhì)

三、 有關(guān)政策引領(lǐng)

在全球范圍內(nèi)，生物基材料的研發(fā)和應(yīng)用正受到重視和政策支持。

美國(guó)政府將生物基材料研發(fā)納入其長(zhǎng)期項(xiàng)目計(jì)劃，如“生物質(zhì)研究多年項(xiàng)目計(jì)劃”和“生物基產(chǎn)品與生物能源”項(xiàng)目。近年來(lái)，美國(guó)農(nóng)業(yè)部、能源部和國(guó)防部等機(jī)構(gòu)聯(lián)合提供項(xiàng)目資金和產(chǎn)業(yè)支持。

歐盟在其《持續(xù)增長(zhǎng)的創(chuàng)新：歐洲生物經(jīng)濟(jì)》報(bào)告中，將生物經(jīng)濟(jì)視為實(shí)現(xiàn)歐洲 2020 戰(zhàn)略、促進(jìn)智慧增長(zhǎng)和綠色發(fā)展的關(guān)鍵。

德國(guó)在其《國(guó)家生物經(jīng)濟(jì)政策戰(zhàn)略》中提出，通過(guò)推動(dòng)生物經(jīng)濟(jì)發(fā)展，以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的轉(zhuǎn)型，創(chuàng)造就業(yè)機(jī)會(huì)，并增強(qiáng)德國(guó)在全球經(jīng)濟(jì)和科研領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)力。

中國(guó)在《“十三五”生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》中明確指出，應(yīng)將新生物工具的創(chuàng)制與應(yīng)用作為核心，建立大宗化工產(chǎn)品、化工聚合材料和大宗發(fā)酵產(chǎn)品等生物制造的核心技術(shù)體系。規(guī)劃旨在不斷提高生物基產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)性和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，建立有機(jī)酸和有機(jī)胺等基礎(chǔ)化工產(chǎn)品的生物制造路線，以取得相對(duì)于傳統(tǒng)石油路線的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)規(guī)?；纳锓ㄉa(chǎn)和應(yīng)用。此外，規(guī)劃還鼓勵(lì)推進(jìn)化工聚合材料單體的生物制造和聚合改性技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用，特別是生物基聚氨酯等產(chǎn)品的規(guī)模化生產(chǎn)和示范應(yīng)用，目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)生物基材料產(chǎn)業(yè)的鏈條式、集聚化、規(guī)?；l(fā)展。

四、 下游創(chuàng)新應(yīng)用

聚酰胺市場(chǎng)下游主要為紡織、工程塑料兩大領(lǐng)域，需求量穩(wěn)健增長(zhǎng)。

23年亞運(yùn)會(huì)的火炬“薪火”在歷屆大型賽事火炬設(shè)計(jì)中獨(dú)樹(shù)一幟。在握把材質(zhì)的選擇上也區(qū)別于以往“金屬”等材質(zhì)，首次選用了綠色環(huán)保的生物基聚酰胺材料。對(duì)于流線型的握把來(lái)說(shuō)，制作上需求材料具有良好的可設(shè)計(jì)性，同時(shí)手持位置，也需滿足握感舒適的要求。

此外，由玻纖或碳纖增強(qiáng)的聚酰胺UD膠帶，在汽車(chē)行業(yè)的到廣泛應(yīng)用，常用于替代金屬材料和結(jié)構(gòu)。UD-Tape還可以焊接到其他熱塑性樹(shù)脂材料上，并且當(dāng)與注塑成型提供的出色形狀靈活性相結(jié)合時(shí)，可以生產(chǎn)具有足夠強(qiáng)度和剛度的多材料組件結(jié)構(gòu)，特別是在常規(guī)注塑成型無(wú)法產(chǎn)生具有足夠強(qiáng)度和剛性的部件的情況下。下圖是碳纖增強(qiáng)聚酰胺UD-Tape零件與常見(jiàn)金屬材料的性能對(duì)比。

五、 市場(chǎng)前景

在政策推動(dòng)和企業(yè)努力下，全球生物基材料，尤其是生物基聚酰胺材料的發(fā)展已逐漸步入大規(guī)模應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化階段。然而，該產(chǎn)業(yè)的發(fā)展仍面臨挑戰(zhàn)，特別是原料來(lái)源和生產(chǎn)成本問(wèn)題。盡管可再生資源眾多，但并非所有資源都適合生物基聚酰胺制備，因此，可用于此類(lèi)材料的可再生原料相對(duì)有限。目前，為擴(kuò)大生物基聚酰胺的生產(chǎn)原料來(lái)源，多國(guó)正開(kāi)展研究，包括對(duì)餐廚垃圾、廢棄紙張、農(nóng)作物非食用部分、林地殘留物、油脂植物、糖類(lèi)作物、海洋植物和轉(zhuǎn)基因植物等的研究。這些努力有望減少目前生物基聚酰胺生產(chǎn)中使用的糧食作物等，強(qiáng)化其環(huán)境友好性。整體而言，生物基材料行業(yè)正面臨著由政策支持、技術(shù)創(chuàng)新、市場(chǎng)需求和環(huán)境保護(hù)需求等多方面驅(qū)動(dòng)的快速發(fā)展時(shí)期。盡管存在挑戰(zhàn)，但這一行業(yè)的未來(lái)發(fā)展?jié)摿薮?，值得持續(xù)關(guān)注和投資。