遠看，閃著幽暗的微光,，近聞,，像炒熟的大麥芽一樣有股淡淡的焦香，看到這些一次性刀叉,、杯盤,，你能想到它的原料就是自家菜籃子里常見的土豆嗎？你能想到生產(chǎn)和制造這些小東西的寧波家聯(lián)塑料用品制造公司短短4年間出口總額已達到5000萬美元嗎,？而讓其“點豆成金”的 “魔術(shù)師”就是華東理工大學(xué)的郭衛(wèi)紅團隊,。
生物全降解 源于自然回歸自然
我國是塑料大國，年產(chǎn)量約400萬噸,，僅北京一地每年產(chǎn)生的塑料垃圾就達數(shù)十萬噸,，可回收率只有2.2%，而在上海,，光是因為聚苯乙烯（俗稱“發(fā)泡塑料”）快餐盒的消費,，每天就產(chǎn)生垃圾200多噸。而與傳統(tǒng)的聚酯塑料等比較,，生物質(zhì)材料則可減少消耗47%的化工能源,，同時降低59%的溫室氣體排放。所以,，在能源消費和環(huán)境保護等的壓力下,，20世紀末，國內(nèi)外便大規(guī)模開展了生物可降解材料的研發(fā),。
淀粉是一種天然高分子聚合物,，廣泛存在于如玉米、小麥,、大米,、馬鈴薯、木薯等植物之中,。淀粉分子中含有大量的活性基團,，通過改變其分子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，可以生產(chǎn)出適應(yīng)食品,、醫(yī)藥,、造紙、紡織等眾多領(lǐng)域需要的變性淀粉,。因此,，作為環(huán)境友好材料的重要一員，它引起了工業(yè)界的廣泛關(guān)注,。
由于來源廣,、價格低廉,、可再生，10多年來,，在研究人員的努力下,，一大批以淀粉為基本原料的衍生物脫穎而出，但是,，它們大多都不能完全降解,。在這些材料里，雖然淀粉添加物最終可降解,，但其余的聚合物長鏈卻被粉碎分散在土壤中,，崩解材料最終會降低土壤的肥沃程度，影響土壤的蓄水,、保水,、透氣等功能，從而引起農(nóng)作物的減產(chǎn)甚至絕產(chǎn),，其隱形污染比普通的白色污染更難治理,。
那么，為什么不能生產(chǎn)出全降解的淀粉基材料呢,？“因為淀粉脆性太大,，濕強度也達不到使用要求,，要做出真正意義的淀粉基降解材料,，最多只能添加不到10%的可降解聚合物，這就要對淀粉性能進行改造,，需要關(guān)鍵技術(shù)的突破,。”郭衛(wèi)紅道出了其中的奧妙。
為了改造淀粉的性能,，郭教授團隊早在其課題“非糧淀粉基生物塑料制造關(guān)鍵技術(shù)研究”獲得國家“十二五”科技支撐計劃支持之前,，就已開始從反應(yīng)機理、制備工藝,、功能特性,、應(yīng)用領(lǐng)域等多方面開展研究，現(xiàn)在已完成大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化,。
“我們的材料性能完全能滿足日常需要,，而且優(yōu)于美國ASTMD6400和EN13432的生物降解材料標準要求，從原料來源到最后降解完成,，全過程碳排放量小于50%,，堆肥條件下，3個月降解率即可達到88%,，成分全部可降解,。”郭教授特別強調(diào)”全部”二字,。她說，由于主材淀粉和甘油之類的助劑都可全自然降解,，這樣,，這種材料產(chǎn)生的垃圾就能和有機廢棄物一起堆肥處理，方便垃圾收集和處理,，從而使垃圾無害化處理變得極為現(xiàn)實,，真正做到“源于自然，回歸自然”,，而且由于所用淀粉主要來源于馬鈴薯（在部分地區(qū)可用木薯,、橡實），也不存在與人畜爭食的問題,。
“修枝”改性 淀粉塑料合成多創(chuàng)新
雖說淀粉基材料低碳,、環(huán)保、可降解,，但要最終贏得市場的青睞,，還必須要通過技術(shù)、成本控制,、產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)等層層關(guān)口的考驗,。
郭教授解釋說，在天然淀粉中,，因直鏈淀粉和支鏈淀粉成分含量不同而產(chǎn)生了性能差異,，塑料加工領(lǐng)域“偏愛”直鏈淀粉，因為它可使塑料制品具有很多優(yōu)越性,，如透明度,、生物降解性、成膜性,、凍融穩(wěn)定性和較好的機械性能等,，所以，研究人員首先要對淀粉“修枝改性”,，使其成為高直鏈淀粉,。此外，淀粉變身塑料的關(guān)鍵技術(shù)是,，在保證改性淀粉盡量占高比例的前提下,，又要讓各個組分易于成型，特別是在材料加工時要有良好的流動性,，如此,，才能降低生產(chǎn)成本，保證連續(xù)生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，由此又需要對傳統(tǒng)的加工工藝和設(shè)備進行改進,。
為挑戰(zhàn)過關(guān),，郭衛(wèi)紅教授團隊進行了多項創(chuàng)新，在對天然淀粉進行微細化,、直鏈化,、塑性改性和增容性改性等處理的基礎(chǔ)上，成功研發(fā)出了可進行連續(xù)反應(yīng)擠出的全降解生物基淀粉塑料合金,，由此打通了從實驗室到工業(yè)生產(chǎn)的通道,。
“經(jīng)過剪裁和改性，材料的性能大大優(yōu)化,，不透水,、燙不壞，耐得住通常強度的拉伸,、沖擊,，也適合傳統(tǒng)的塑料加工方式。”郭衛(wèi)紅說,。
不過,，要從實驗室落地工廠，研究人員還必須要對加工工藝進行篩選,，需要綜合考慮溫度,、壓力、一次性成型所需的材料用量,、加工方式等多個問題,。“就拿一次性杯子生產(chǎn)來說，原料用量都是自動稱量,，數(shù)據(jù)一定要精確,，否則就要人工修邊,，增加勞動力成本,。”郭衛(wèi)紅給記者算了一個簡單的數(shù)字賬———塑料原料大約每公斤20元，馬鈴薯淀粉大約每公斤4元,，雖然作為催化劑的酶價格較高,，但原料上的差價加上先進合理的加工工藝，足以保證生產(chǎn)企業(yè)具有較高的利潤空間,。
憑著研究者對企業(yè)需求的關(guān)注,，憑著淀粉的塑化改性、材料配方的合金設(shè)計,、材料的反應(yīng)性加工工藝,、材料的高填充成套生產(chǎn)工藝和設(shè)備的研制開發(fā)等全程科技創(chuàng)新，郭教授團隊的課題孕育了巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。
盯牢低碳環(huán)保 價值空間無限
在郭教授看來,，淀粉基生物質(zhì)材料的未來發(fā)展空間遠遠不止于緩解環(huán)保壓力,，它將為改善我國傳統(tǒng)經(jīng)濟增長模式、促進區(qū)域經(jīng)濟平衡發(fā)展作出表率,。
甘肅省是我國馬鈴薯種植大省,，定西市是全國3大馬鈴薯生產(chǎn)地之一，向有“中國薯都”之稱,，全市馬鈴薯種植面積達335萬畝以上,，年產(chǎn)鮮薯500萬噸以上，以此為基礎(chǔ),，定西市的馬鈴薯淀粉加工業(yè)已形成規(guī)模和體系,，全市5000噸以上的馬鈴薯淀粉加工企業(yè)有31家，精淀粉年產(chǎn)量達15萬噸,。但由于馬鈴薯收獲的季節(jié)性和保藏條件的限制,，精淀粉加工企業(yè)年實際生產(chǎn)時間僅為80～100天，同時由于淀粉行業(yè)市場競爭加劇,，企業(yè)利潤逐年下降,，因此，甘肅省和定西市政府迫切需要引進高新技術(shù),，發(fā)展淀粉精深加工業(yè),，拓展和延長馬鈴薯產(chǎn)業(yè)鏈，真正將資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為競爭優(yōu)勢,。而在引入郭衛(wèi)紅教授的新成果后,，定西市現(xiàn)有千噸以上的淀粉企業(yè)均可改建為變性淀粉企業(yè)，完成區(qū)域產(chǎn)業(yè)升級,，對定西市和甘肅省馬鈴薯產(chǎn)業(yè)朝著高科技,、高附加值方向發(fā)展具有十分重要的意義。
郭教授說,，從全球變性淀粉消費增長的規(guī)律分析,，當國家人均收入超過1000美元后，變性淀粉市場需求量將進入高速增長階段,。目前,，我國變性淀粉市場正在以每年25%～27%的速度穩(wěn)定增長，預(yù)計到2015年我國變性淀粉年需求量將達到500萬噸,。另外,，還有人統(tǒng)計，2008年,，全球人均消費變性淀粉數(shù)量為1.45公斤,，美國人均消費15公斤，而我國人均年消費量只有0.85公斤，兩相比較,，也不難看出變性淀粉在我國還有巨大的市場增長空間,。“早起的鳥兒有蟲吃”，誰站在研發(fā)前沿,，誰就有戰(zhàn)略上的主動,。
“據(jù)我們的估計，在圣大方舟的產(chǎn)業(yè)化投產(chǎn)將會產(chǎn)生每年10億元以上的產(chǎn)值,，同時會帶動生物質(zhì)基淀粉材料產(chǎn)業(yè)的興起,，解決富余的勞動力就業(yè)問題，帶動低碳環(huán)保經(jīng)濟的發(fā)展,，具有重要的社會意義和社會價值,。”郭衛(wèi)紅教授對記者說。目前,，由他們和寧波家聯(lián),、甘肅圣大方舟馬鈴薯變性淀粉有限公司共同研發(fā)的非糧生物基全降解塑料，已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)并遠銷美國,，為我國西部地區(qū)的區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展和增長方式轉(zhuǎn)型闖出了一片新天地,。(生物谷Bioon.com)
