2013年06月17日11:01 來源：人民網-財經頻道
非食用原料中纖維素前景看好
前兩篇文章介紹了（1）通用產品擴大利用生物塑料的情況，（2）面向電子產品等耐用產品進行的生物塑料技術開發。本文接著介紹（3）使用非食用原料的替代技術，為了解決未來的糧食問題，使用非食用原料在今后將變得愈發重要。在非食用原料中，實力最強勁的候選是纖維素。纖維素是植物的莖和木材的主要成分，在地球上儲量巨大。如果充分加以利用，一年的產量約為700億噸，大約相當於石油產量的30倍。
纖維素與澱粉同屬多糖類，但是因為分子間作用力強，纖維素遇熱不熔化，而且不溶於水，不適合人類食用。利用木材制造纖維素作為紙漿原料的成本約為每公斤60日元，接近石油的價格。現在，纖維素作為紙張和纖維的主要成分，一年的用量約為3億噸。
如今，為了利用熱門候選纖維素生產生物塑料等生物材料，全球研究機構都在著手研發。研究的主要內容是，利用酸和?分解纖維素，使其像澱粉一樣發生糖化。然而，由於分解工序和預處理的微粉碎工序費時費力，因此實用化目前還面臨著生產成本的課題。
直接使用纖維素
其實，不分解纖維素，而是直接將其制成塑料的技術在90多年前就已經投入了實用。也就是在纖維素中添加醋酸等，制成醋酸纖維素等改性纖維素之后，再混合以石油為原料的增塑劑和其他添加劑。
由於質感和透氣選擇性優良，用這種方式制造的塑料已經應用於文具、工具、眼鏡框、薄膜等部分通用產品。除此之外，在分離膜、離子交換樹脂等特殊產品領域也在廣為利用。最近也開始應用於鍵盤、方向盤等部件。
但是，這種混合方式需要大量使用石油類的改性劑和增塑劑，植物成分含量不到40％。而且，廣泛應用於耐用產品需要具備的吸水時能保持穩定尺寸的耐水性、強度和耐熱性等性質也不達標。由於制造時還要對纖維素進行復雜的化學處理，所以壓縮生產成本也比較困難。
除此之外，以蓖麻油為原料的聚?胺也是使用非食用原料的生物塑料。因為耐化學性和低溫特性優異，這種材料在汽車燃油管、服裝纖維等領域得到了採用。但也存在原料供應量有限的課題。
利用堅果殼萃取油
針對上述問題，NEC公司正在開發一種通過充分發揮纖維素與其他天然有機物各自的特點，大幅提高植物成分含量，並具有可用於耐久產品特性的生物塑料。
為此，NEC四處尋找非食用，但具備柔軟、疏水性構造，而且能夠穩定供應的天然油狀有機物。結果發現了可從大量產生的農業副產品腰果殼中萃取、具有特殊化學構造的腰果酚（圖6）。
圖6：腰果酚結合纖維素樹脂的構造
NEC以非食用纖維素為主要原料，通過結合從腰果殼中萃取的油狀物（腰果酚），開發出了新型纖維素類樹脂。
腰果酚是腰果殼中含有的非食用油狀有機物。具有苯環與15個碳的長鏈烴、反應性羥基相結合的特殊構造。在過去，腰果酚雖然也用於涂料和摩擦調節劑的成分，但絕大多數的腰果殼被丟棄，或是作為燃料焚燒。如果能加以利用，預計一年至少可生產40萬噸左右的腰果酚。
NEC通過使腰果酚發生化學變性后，再使其與纖維素（醋酸變性物）化學結合，開發出了新型纖維素類生物塑料（腰果酚結合纖維素樹脂），其植物成分佔到70％以上，並具有優良的熱可塑性、強度、耐熱性和耐水性（圖7）。
圖7：腰果酚結合纖維素樹脂的特性
腰果酚結合纖維素樹脂達到了耐用產品要求的實用特性。尤其是與傳統的醋酸纖維素樹
脂（添加增塑劑）和家電使用的石油類ABS樹脂相比，耐熱性和強度特性俱佳，而且植物含量高。
尤其是耐熱性和彎曲特性，更是勝過了增塑醋酸纖維素這一傳統的代表性纖維素類生物塑料，以及家電產品常用的石油塑料ABS樹脂。
今后，生產成本也有望得到壓縮。現在，為了大幅降低生產消耗的能量與成本，NEC正在開發新的合成方法，以便在合成反應后輕鬆地分離生成的樹脂與未反應物、副產物。
聯動擴大生產規模
日本政府也很關注使用纖維素開發生物塑料，文部科學省和經濟產業省正在開展相關的國家項目。今后，如果日本通過產官學結合，在全球率先將性能高、價格低廉的新型纖維素類生物塑料投入實用，利用這種塑料的日本產品的競爭力也將得到提升。
日本的造紙企業擁有先進的纖維素（紙漿）生產技術和生產設備。現在，生產使用的主要原料是在海外種植的木材，將來，日本國內的疏伐材和農業副產物等也有望得到充分利用。今后，隨著IT化的發展，紙張需求將越來越少，纖維素生產預計也將過剩，因此將更易用於生產生物塑料。
要解決“削減成本”這個首要課題，必須要擴大生產規模。這就需要用戶進行跨行業聯合，以確保足夠的用量。技術開發的課題在於使特性多樣化。各行業需要的特性各異，生物塑料必須具備剛性、柔韌性、阻燃性、抗菌性等各種各樣的特性。
NEC將通過增加用於纖維素類生物塑料的添加劑種類，使生物塑料實現多功能化，力爭實現跨行業的用戶聯動。並且NEC還計劃在2017財年底之前，在主要設備中全面採用生物塑料。並且提出了積極利用非食用植物資源的目標。今后，NEC仍將一馬當先，推動纖維素類生物塑料的開發和利用不斷向前發展。（日經能源環境網 供稿）
