生物基材料全貌：从定义到未来前景
生物基材料概述
生物基材料，这一新兴领域的核心概念，正逐渐成为科技与环保的新宠。它不仅代表着一种绿色、环保的新型材料，更体现了一种从原料到产品的完整产业链的转型。通过深入了解生物基材料的特性、来源及其在各领域的应用，我们可以更全面地把握这一领域的未来发展趋势。根据标准GB/T 39514-2020《生物基材料定义、术语和标识》，生物基材料是以生物质为原料，通过生物制造或合成过程生产的材料，包括生物基化学品和高分子材料。这些材料不仅包括基础生物基化学品如生物醇、有机酸等，还涵盖生物基聚合物、塑料、化学纤维、橡胶、涂料以及各类助剂和复合材料。而生物质，作为生物基材料的原料，泛指通过光合作用产生的有机体，如植物、动物和微生物，以及由它们衍生出的材料，例如粮食、秸秆纤维素和农业废弃物等。
可以参照标准GB/T 39514-2020来定义生物基材料。它主要是指以生物质为原料，经过生物制造或合成、加工、炼制等过程所得到的各类材料。而生物质，作为生物基材料的原料，泛指通过光合作用产生的有机体，如植物、动物和微生物，以及由它们衍生出的材料。
生物基材料的分类与应用
标准GB/T 39514-2020在表A.1中详细列出了生物基材料的分类。这些材料不仅包括聚合物、塑料、化学纤维、橡胶、涂料等高分子或大分子材料，还涵盖了用于合成这些大分子的原料，例如乙醇、乳酸、乙二醇等小分子生物基化学品。生物基材料分为聚合物、塑料、纤维等，广泛应用于各个领域，并以生物降解性成为环保材料的中坚力量。常见的生物基材料种类繁多，涵盖了聚合物、塑料、化学纤维、橡胶、涂料等高分子或大分子材料，以及用于合成这些大分子的原料，例如乙醇、乳酸、乙二醇等小分子生物基化学品。
生物基材料是一个广泛的范畴，它涵盖了化学品以及塑料、橡胶、纤维等高分子材料。在这些材料中，生物基塑料因其广泛的应用和成熟的技术而备受关注。
生物基塑料探索
常见生物基塑料
接下来，我们将以常见的生物基塑料PBS/PBAT为例，详细探讨其合成方法和相关技术。常见的生物基塑料如PBS/PBAT因其可生物降解性受到关注，其中研究尤以中科院和清华大学为盛。PBS/PBAT，即聚丁二酸丁二酯与聚对苯二甲酸-己二酸丁二酯的共聚物，是一种可生物降解的塑料。其合成方法主要包括直接酯化法、酯交换法和扩链反应。其中，直接酯化法是工业上应用最广泛的方法。
此外，酯交换法也是一种重要的合成方法。国内对于PBS/PBAT的研究颇为活跃，其中中科院理化所工程塑料国家工程研究中心和清华大学等单位处于领先地位。
生物基材料的发展前景
随着人们对环保意识的日益增强，以及对传统塑料替代品的迫切需求，生物基材料的发展前景显得愈发广阔。随着环保意识增加，生物基材料因其绿色替代能力在未来十年内有望占据重要市场份额。与全球塑料行业近4亿吨的庞大产能相比，生物塑料这一新兴行业仍显得产能不足，但其发展潜力不容忽视。
生物基塑料具体种类
PBS/PBAT
PBS/PBAT是通过酯化反应合成的可生物降解塑料，广泛研究集中在提升分子量及减少副反应。其中，直接酯化法是工业上应用最广泛的方法。该方法首先在较低温度下使丁二酸与过量丁二醇发生酯化反应，随后在高温、高真空及催化剂的作用下进行缩聚，从而得到PBS。
PLA聚乳酸
PLA以乳酸为原料，通过间接法制备，因其高分子量和易控工艺成为工业常用。PLA，即聚丙交酯，以乳酸或其衍生物乳酸酯为原料，其聚合工艺可分为直接合成法和间接合成法。目前，工业上普遍采用的是间接法。
PHA聚羟基烷酸酯
PHA材料单体结构多样，其不同代产品在性能上逐渐改善，拓宽了应用范围。作为聚羟基脂肪酸酯类材料的统称，其单体多为3-羟基脂肪酸。PHB作为PHA的第一代产品，虽然具备一定的生物可降解性，但其脆性大。
PHA聚羟基烷酸酯
PHA材料单体结构多样，其不同代产品在性能上逐渐改善，拓宽了应用范围。作为聚羟基脂肪酸酯类材料的统称，其单体多为3-羟基脂肪酸。PHB作为PHA的第一代产品，虽然具备一定的生物可降解性，但其脆性大。
PEF聚2，5-呋喃二甲酸乙二醇酯
PEF材料来源于生物质单体，具备优异性能和生物降解性，展望其发展前景十分广阔。PEF，全称是polyethylene furanoate（聚2，5-呋喃二甲酸乙二醇酯），这种材料具有优异的物理性能和生物可降解性。