生物基高分子领域有哪些经济可行性产品？生物基高分子材料存在的问题是什么？有哪些产业化机会？

8月14日，中国科学院宁波材料技术与工程研究所研究员，浙江省全省生物基高分子材料重点实验室主任 朱锦在2025中国合成树脂产业发展大会上分享了《生物基高分子材料研究新进展》。DT新材料【生物基能源与材料】做相关内容整理如下，与行业共享、共勉。

如下图所示，理论上，替代石油、煤炭和天然气原料资源，利用以光合作用产生的生物质资源，通过化学法或者微生物法，几乎能得到人类现所用所有的高分子材料。

当然，从经济上看，部分材料经济可行，部分经济不可行。但这也是行业生物基领域的研究和开发重点。朱锦研究员表示：“ 回望聚乳酸价格的发展历程，实际上我觉得这恰恰说明了，生物质转化为生物基材料这一潜力非常大。” 

根据生物基高分子材料产业链，2018年，中国科学院宁波材料技术与工程研究所在浙江成立了浙江重点实验室，重点聚焦三大研究方向：1、非粮生物质基材的高效转化利用技术；2、高品质生物基高分子材料的设计合成；3、生物基高分子材料高质化加工应用技术。

目前，宁波材料所应该也是聚集了国内最大的生物基高分材料的研究团队之一。

2024年，实验室经重组后又重点提出了三个方向：1、明确提出了非粮生物质催化转化；2、生物基的树脂的合成；3、生物基高分子的加工。

到目前为止，浙江省全省生物基高分子材料重点实验室有哪些研究课题和产业化经验？朱锦研究员重点分享了团队在纤维素转化糖、呋喃二甲酸及其聚酯、生物降解高分子材料和生物基助剂四个方面的成果。

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纤维素转化糖

非粮生物基，重点在于将大体量的纤维素转化利用。淀粉变葡萄糖是非常成熟的，但是纤维素变葡萄糖是非常难的，但一旦变成了葡萄糖，那么我们就可以像现在的葡萄糖一样做发酵，形成一系列化学品和材料。

实际上纤维素转化为糖的低成本化，或者是高效转化，是实现非粮生物基材料最根本的路线。

由于纤维素β糖苷键断裂能量比葡萄糖开环能量高，同时，催化剂难以达到反应位点，使其转化为葡萄糖的过程就较为困难。

对此，朱锦研究员团队从纤维素酶催化过程中的酶结合区域（CBM）获得启示，合成了类酶催化剂-多羟基碳球（HECS）。该催化剂具有较强的吸附能力，能破坏纤维素形态，且在弱酸情况下将纤维素转化为葡萄糖。最终，团队可以做到葡萄糖的产率达到85%以上，这也是目前是最高报道的，而纤维素的转化可达到100%。

在此基础上，团队利用非粮混合糖进一步开发做乙醇、5-氨基乙酰丙酸和乳酸等重要产品。

02

呋喃二甲酸及其聚酯

由于生物可降解高分子大都为脂肪链结构，其力学性能和耐热性能就比相应的石油基高分子差。同时，工程用高分子，如聚酯、聚碳酸脂PC均含有苯环结构（除了尼龙）。

2004年，美国能源部发布提出的最有前景的12种生物基平台化合物中，唯一一个具有刚性结构（芳香结构）的单体，就是2,5-呋喃二甲酸（FDCA）。相较于PET重要单体——对苯二甲酸（PTA），FDCA具有原料可持续；刚性更大；并且因其环状含氧原子，导致其极性大，聚合物易于染色等优势。

以FDCA为核心单体与乙二醇、丁二醇、丙二醇等构建的一系列新的聚酯，即生物基呋喃二甲酸聚酯系列，可广泛应用于更高阻隔性、高耐热和可降解等性能为目标导向的产业应用中，如聚合物切片产品、纤维和薄膜等。

目前，呋喃二甲酸及其聚酯PEF是产业和研究热点之一。

首先，由于生物基PEF材料的玻璃化转化温度为88℃，PET为70℃。在过去，巴氏消毒理想温度为73-78℃（目前为65℃），PET更容易变形。其次，PEF的熔融温度比PET低43℃，因此具有较好的加工性能。同时，PEF具有较好的二氧化碳（是PET的10倍）和氧气（是PET的8.6倍）阻隔性能。最后，在包装应用潜力上，PEF材料通过单一材质可解决塑料包装回收问题，并且高氧气阻隔性可解决食品防腐剂问题。

毫无疑问，归因于生物基PEF材料的优异性能，大大拓宽了其应用潜力，同时又满足市场需求和国际塑料包装法案要求。

在产业化路径上，相较于行业内多数的“果糖-HMF-FDCA”开发路线，宁波材料所团队首创了非粮路线（半纤维素-糠醛-糠酸-FDCA），其原料更丰富可持续、技术路线更短且反应转化更高，备受行业关注。

朱锦研究员表示，目前团队已经完成了小试，于2023年技术授权给了苏州亚科。目前新公司正在制备千吨级中试放大，其PEF聚酯品质非常优良。

然而，团队在生物基聚酯开发和产业化上的目标远远不止如此。

对标国际上被知名的伊士曼的Tritan、韩国SK的Ecozen等可食品接触的高耐温透明聚酯的垄断情况，团队进一步开发了具有完全自主创新技术的低成本高Tg透明共聚酯。团队通过设计合成的这个全新的刚性二元醇单体，改性PET，得到的高耐热透明聚酯，其性能完全可达到伊士曼的Tritan性能，如耐热性能，TG可以达到140度；力学性能优异。

朱锦研究员透露，2021年，该技术已成果转化给万凯，现已实现了2000吨/年产量，目前因市场需求，正在展开万吨级产业线建设。

03

生物降解高分子材料

聚焦塑料污染和回收问题，生物可降解高分子是最佳解决方案之一。

然而，市场上生物可降解高分子通常存在降解慢、不可控等关键性问题。目前，生物可降解聚酯如PLA、PBAT、PBS等在海水里因微生物含量低而降解速度也很慢，不能达到生物可降解要求。如何设计海洋可生物降解成为研究焦点。

对此，朱锦研究员团队通过草酸和二醇，做成一个低聚物，即含有草酸PBAT聚合物。经测试，该材料水解、酶解、海水降解均可实现。

进一步，团队实现了草酸基聚酯的公斤级制备，验证加工性能并吹塑成膜；成功实现草酸基聚酯/PBAT复合材料的制备并吹塑成膜。

朱锦研究员表示，从成本上看，草酸单体价格低廉，且可以从CO2合成。目前该项技术已经授权给最大的草酸生产厂家——华鲁恒升。

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生物基助剂

助剂对高分子材料至关重要 ，高分子材料改性加工很大程度上依赖助剂，目前非常缺少生物基高分子助剂。

其中，2024年，据中研普华产业研究院数据，全球相容剂市场达到648.2亿元，中国相容剂市场达到71.3亿元，，并呈逐年快速增长趋势。

从常见的反应型相容剂来看，进口相容剂合成成本较高，且国产相容剂普遍采用双螺杆动态反应，但接枝率普遍偏低。因此如何通过简便高效的双螺杆动态反应，制备高接枝率的反应性接枝相容剂，是重中之重。

对此，团队开发的生物基相容剂衣康酸酐接枝PP相容剂（BAH-g-PP），接枝率最高可达到1.5%，远高于传统双螺杆挤出马来酸酐MAH-g-PP。同时，该相容剂具有较低气味、良好的性能和效果。目前，该产品已建成千吨级生产线。

最后，朱锦研究员总结道，近20年国内生物基高分子领域发展快速，并且有些材料已经实现了产业化。与化石基高分子相比，生物基高分子材料仍然存在许多问题和挑战。生物基高分子材料已经有商业化产品，将会有越来越多的生物基高分子材料实现商业化。它必将成为化石高分子材料的有效替代和重要补充。

●  活动介绍

中国科学院宁波材料技术与工程研究所研究员，浙江省全省生物基高分子材料重点实验室主任 朱锦担任将于2025年11月27-29日在浙江·杭州举办“2025（第五届）非粮生物质高值化利用论坛（NFUCon 2025）”，大会主席之一。

论坛聚焦探讨生物质绿色预处理、非粮糖、生物质基化学品和材料、生物质能（甲醇、燃料乙醇、生物沼气、可持续航空燃料（SAF））等重要方向，共同推动非粮生物质大规模应用，助力实现双碳目标。

▌ 参考信息：本文部分素材来自DT新材料、朱锦研究员演讲内容。由作者重新编写，系作者个人观点，本平台发布仅为了传达一种不同观点，不代表对该观点或支持。如果有任何问题，请联系我们：15381397601（微信同号）。