工业头条 高原
你知道吗？餐具、水杯、家具、家电、汽车内饰等等这些围绕在我们周围、司空见惯、被千百人使用过的塑料用品，很多可能都存在安全隐患，威胁着使用者的健康，甚至生命。
如果有一个可能降低或者消除这些隐患的方案。你愿意尝试吗？
一次“低调”的获奖
2018年5月15日，在德国科隆举行的“第十一届生物材料国际会议”上，“2018年生物材料奖”创新奖颁发给了一家特殊的生物材料创新公司。大多数人对该奖项可能比较陌生，但是在生物化学、材料学界，这是一个含金量很高的奖项，这是由超过200多位全球顶级业内专家投票评选裁定的大奖。历年各大材料公司：BASF、拜耳、赢创……都会把自己的最新研究成果拿来参加评比，而今年，一家来自芬兰、名为ABM公司的参赛作品—可降解的玻璃纤维增强聚乳酸复合材料，获得了金奖，成为2018年生物材料领域的No.1！
这是一种什么样的材料？深入了解之后不禁让人赞叹。据权威媒体报道：ArcBioxTM BGF30-B1是一种聚乳酸（PLA）复合材料，它采用先进的LFT复合技术由可降解玻璃纤维增强聚乳酸复合而来。这一创新不但赋予生物材料较高的机械性能，满足其在耐用品上应用，而且在生命周期结束后仍然可生物降解，满足DIN CERTCO降解认证需求。这种由ABM公司开发的特种玻璃纤维，不但可以用于增强聚乳酸材料，也可用于增强其它生物材料。从而取代石化资源减少碳足迹、降低不可再生能源的消耗，实现对环境的零污染。
这段文字看起来颇为晦涩难懂，但若想解释清楚这款材料的优势，需要明白以下三个关键词：生物基、复合材料、可降解。
说到生物基，就不得不先提到石油基。当下，但凡享受现代文明的人，无不被各种各样的塑料制品所包围，小到剪刀手柄、发卡、塑料袋，大到冰箱空调等大家电的外壳、汽车配件等，无不体现了塑料的存在。塑料存在的背后就是石油的消耗，在许多人看来，石油虽然有着“黑色黄金”之称，不过距离我们的生活很遥远，但作为现代工业的基础，它的确在支撑着人们生活的方方面面。不仅是塑料，许多种基础原材料，都可追溯至石油。
而生物材料不同，生物基，顾名思义，原料来于自然，它是利用玉米、谷物、豆科、秸秆、竹木粉等系列可再生生物质为原料制造的新型材料，这类材料包括经过生物合成、生物加工、生物炼制过程获得的生物醇、有机酸、烷烃、烯烃等基础生物基化学品，也包括生物基塑料、生物基纤维、生物基橡胶以及生物质热塑性加工得到的塑料材料。因此石油基和生物基材料有着本质的区别。
复合材料则更好理解，百度百科上这样解释：复合材料是人们运用先进的材料制备技术将不同性质的材料组分优化组合而成的新材料。复合材料必须是由两种或两种以上化学、物理性质不同的材料复合而成。人类发明复合材料的初衷，是为了增强传统单一材料不具备的性能，比如耐热、抗菌、高强度等，从而替代传统材料，比较有名的复合材料有钢筋水泥、玻璃钢、碳纤维制品等。这次获得金奖的，便是一种生物基的复合材料。
至于它为何会在超过200名业内顶级专家的投票中脱颖而出？还有第三个关键词：“可降解”。
“垃圾围城”
相信很多人都或多或少的知道，当今，“垃圾围城”已经成为全人类的共同话题，这是工业时代发展必然的伴生产物，也是人类步入下一个时代前必须解决的难题。以汽车举例，如今汽车产业蓬勃发展，考驾照、买汽车是很多年轻人参加工作进入社会后自然而然的行为，但在汽车经济耀眼的光辉下，却很少有人在意，那些报废的汽车，几乎已经无处安放了。
尽管保护环境、废物回收这样的字眼，几乎天天出现在各种媒体之上，但实际上能够做到二次利用的，几乎是淘汰物品的九牛一毛，刨去成本、观念、生活习惯等因素，横亘在现实面前的第一道拦路虎，其实就是技术。比如被各个领域广泛应用的玻璃钢，就是不可降解、不可二次利用的典型代表。今天淘汰的玻璃钢制品，甚至等若干年后，原材料石油消耗殆尽、它还在那里存在。
与石油基塑料材料相比，生物基材料的最大优点，一是可再生，二是可降解。第一点毋庸置疑，石油是不可再生资源，用一点少一点，但玉米、甘蔗、马铃薯这些却是农作物，伴随着合理的土地利用，可以源源不断地大量生产。而第二点，100%生物基材料亦可实现100%可回收降解，将大大减少环境压力。
或许有人要问，既然生物基材料如此优秀，为何研发使用率与石油基材料比，如此之低？这个问题也不难解答，因为科学技术水平所限，生物基材料，包括生物基复合材料在内的性能，还是有所缺陷。这也是此次ABM公司获奖的决定因素——可降解的玻璃纤维的应用，可降解的玻璃纤维增强PLA复合材料，其强度接近于钛合金，达到了可以广泛应用的标准。要知道，之前的生物基材料，由于强度不够，更多只能用于一次性产品等的生产使用。
据内部人士透露，获奖的材料，在堆肥环境中，可在40到60天内可实现降解，与传统石油基材料相比，生物基聚乳酸的二氧化碳排放，可减少60%。100%生物基、可降解、可回收利用，再加上力学性能优异、成型工艺与传统塑料相同，这款材料，足以用“划时代”来形容。
被“毒害”的我们
或许对于多数人来说，以上这些还是太过遥远。环保固然好，具体到生活的柴米油盐，就没有多少人会在意。但随着生物基材料的发展，它的另一优势，也渐渐展现在人们面前，那就是安全与健康。
由于石油基材料的特性，石油基塑料制品或多或少都存在些安全隐患。例如，有一种叫“密胺”的材料，相信绝大多数人并未听过，但“三聚氰胺”，对于中国人来说，几乎耳熟能详。
密胺，化学名三聚氰胺，中文译名美耐皿。它是以三聚氰胺、甲醛为原料，以纤维素为基料，加入颜料及其他助剂而成的，属于塑料中的热固性塑料，该塑料还有一大特点就是容易着色，色泽漂亮，综合性能比较好，轻巧、能耐低温、不易碎，外表很像瓷器，被称为仿瓷餐具，这就是被广泛用于餐饮业及儿童饮食业的密胺，市场价格几元到十几元每件不等。
与此同时，密胺树脂的缺点也是不容忽视。如耐热性一般，不可直接置于火上烘烤，微波炉、烤箱不宜使用；不能用钢丝球等洗刷，需要专用洗涤剂。但其最大的缺点是安全隐患，密胺餐具制品受加工工艺影响或劣质材料的使用，容易析出有毒物质，危害健康，且市场上低质伪劣产品泛滥，不易分辨，在生活中极易使用不当，从而产生有毒物质如甲醛、三聚氰胺等，危害人体健康，尤其对儿童危害极大，而这一点，知道的人却很少。
专家强调：“密胺材质的餐具，目前被餐饮企业、中小饮食经营户广泛应用，餐具市场的占比达到6成以上。但是，对密胺餐具使用不当和超期使用危害人体健康的问题尚未引起相应的重视。”在我国，密胺餐具实际上已经逐步代替了以往的陶瓷餐具和竹木餐具。追溯起来，密胺餐具在我国已经有40多年的使用历史，它的出现为餐饮业和社会大众带来了感官上的新体验。因为比较容易上色，所以密胺餐具的造型、图案方面占据优势，并逐渐占领了餐饮、家居市场。现在无论是商场还是地摊，宾馆或者餐厅都在使用密胺餐具。
专家解释说，密胺餐具在表面完整的情况下是安全的，但其面临表面破坏、较高温度或其他条件下（如餐具清洗）致其分解产生的甲醛类有毒物质就会溶入食物的水或油脂中被人体吸收。由于目前质检标准和食品安全卫生标准存在间隙，对密胺餐具并不检测其有效使用时限和破坏性实验后的有害物质挥发、释放，更没有强制性标准。而日常中，密胺餐具在表面刮花剥落、受热龟裂变形后还继续在餐饮中使用，食品安全隐患相当严重。因此，未来的密胺餐具必将伴随着人们对健康的强烈关注，迎来更加严格的产品规范和产业监管，甚至会被新出现的更安全健康的优秀材料所替代。
生物基材料则不然，是以生物质原料合成的一类聚合物，由于原材料来源于植物，其单体的残留不会对人体健康造成伤害，百分百的绿色健康。
或许以此为突破点，生物基材料将迎来大发展的绝佳契机。
纳通与ABM的合作
北京的纳通科技集团显然看中了这款生物基材料的发展前景。这是一家大名鼎鼎的骨科企业，是中国最为顶尖的医疗企业之一。纳通科技集团专注于医疗健康领域，通过投资建厂、购并合作等方式，整合产业链上游资源，已完成在骨科关节、脊柱、创伤三大类产品高、中、低端生产的完整布局，成为有自主知识产权、自有品牌骨科产品的领军企业。
这样一家专业性很强的企业，是如何与生物材料产生联系的？而翻看获奖的芬兰企业ABM的资料，该企业是一家专业提供生物基可降解聚合物材料整体技术解决方案的公司。
没错，就是医用可降解聚乳酸材料。在深入合作过程中，纳通对ABM的生物基材料产生了极大的兴趣。争取到了与ABM全面合作，从医疗材料到工业材料，从研发项目到在中国的推广代理权。目前，仅仅因为ABM发明的新可降解医用材料的出现，就为众多患者带来了巨大的福音。
“不需要二次手术”
骨棒、螺钉、塑形骨板等，都属于植入性医疗器械。百度百科是这样解释：植入性医疗器械是通过外科手段全部或部分植入人体或自然腔口中或替代上表皮或眼表面，并在体内至少存留30天，且只能通过外科或内科手段取出。有过类似经历的人或许都知道，医疗器械的植入是一个非常痛苦的过程，短时间内进行两次手术不说，医疗器械在人体内留存，恢复过程中会出现的种种不可预知情况，恢复状况存在较大差异。如今，这些在以金属为代表的传统植入物可能出现的问题，随着新材料的出现得以缓解或者解决，这种新材料就是医用聚乳酸材料，率先在高端医疗器械行业实现应用。
不同于传统金属制品，新材料可在人体中可实现自我降解，患者无需二次手术，避免了病人二次手术的痛苦，也杜绝了连续手术带来的“元气大伤”。此外，这类新材料在已有可吸收的基础上做了巨大的改进。在实际使用中存在的强度不足、术中塑形困难以及降解控制等问题，一直都是可吸收材料发展的难点，而这些，作为迄今为止最强的生物可吸收材料，新材料均取得了长足的进步。
比如ABM公司这次获奖的高强度聚乳酸复合材料制品，就通过采用新型复合材料体系，制品的力学强度已接近钛合金，解决了传统可吸收材料力学性能不足而无法用于高承重部位的局限性。无机填料增强聚乳酸复合材料制品则通过采用复合材料，成功解决了可吸收带线锚钉、界面螺钉等运动医学类产品在临床中传统产品降解速率和力学强度平衡不匹配的问题，实现了降解速率与力学强度的平衡。产品可用于肩关节、踝关节、膝关节、手腕关节等软组织的损伤修复及交叉韧带重建术中韧带与骨的固定。
母婴、汽车等多个产业大爆发？
所有这些在医疗领域取得的成功，无疑让新材料的性能得到了绝佳的验证。但仅仅是医疗领域，还是太小。从全球来看，新材料在医疗领域的市场，以吨计就足够了，在医疗以外，生物基材料有着更为广阔的市场空间。新材料的推广首先要在工业领域得到应用。毕竟，如今的这款生物基材料，已经满足了高强度、高模量、耐热性能高、节能环保、生物基可降解等条件，也已经取得德国DIN CERCO的工业堆肥降解认证、瑞士SGS的低VOC（挥发性有机化合物）测试报告、中国CTI的食品接触测试认证等，足以在母婴、卡基、家具、建材、汽车内外饰、电子电器等各个行业大放光彩。
或许有人会问，就算性能相近，成本会不会变高？对此，专业人士这样解答，单从原材料价格而言，生物基材料的确高于石油基材料，但如果加上设计、加工、生产、物流、销售等各个环节，最终待销售成品的成本，最多只会高于原先的10%，绝对不会超过20%。那么，对于生产商和消费者而言，成本高出10%~20%，算多吗？对于生物基材料瞄准的行业而言，不高！最为典型的，就是母婴行业。这是众所周知的高端行业，对于健康与安全的要求苛刻得几乎令人发指，单拿婴儿热奶用的奶瓶为例，就算市面有价值几十块钱的普通商品，但也有更多的家庭宁愿选择有的价值甚至超过千元的进口产品，就是因为觉得后者更加安全健康，这并不仅仅是富裕家庭的想法，事实上大多数收入一般的家庭，也会做出同样的选择。在这样的大环境下，同为塑料制品，生物基比石油基价格并未高出许多，在证明绝对安全可靠的情况下，会选哪个？这简直是一道送分题。
还有汽车行业，针对汽车产业轻量化、以塑代钢的发展趋势，越来越多的制造商更多的在内外饰上使用塑料制品，这就埋下了安全隐患。但凡车主都知道，尤其在夏天，停车的时候都会尽量寻找阴凉的地方，若是时间太久，在再次开车之前，很多人会将车门打开进行通风，不仅仅是因为酷热，还因为车内有时会产生难闻的气味，这往往就是车内的塑料制品在在高温环境下散发出来的，不仅仅难闻，还会损害车内人的健康。如果将原本的石油基塑料替换为生物基塑料，类似的情况将不再发生。同样的情境，也发生在家具、建材、家用电器等行业，这些行业无一例外，与日常生活极为贴近，随着社会的进步、生活水平的提高、消费观念的改变，人们对安全性的要求也日益赶上甚至超过了价格，逐渐成为购买商品时的第一标准。
如今的ABM已经在多个行业推广生物基材料。比如在智能卡领域，随着发卡量的增大，废卡越来越多，产生的环保问题令人担忧。另外随着石油紧缺，传统卡基材料的价格也不断升高。因此越来越多的目光转向了生物塑料。在电子电器领域，日本、欧美等国家均已开发生物基材料的包装外壳、面板及内外部件。
为配合新材料的开发，ABM甚至投资研发生产了能打印超级聚合物的高端3D打印机。超级聚合物是指综合性能高，长期使用温度在150℃以上的一类工程塑料，以耐高温、耐磨损、高强度、耐腐蚀、高纯度等诸多优异性能在航空航天、汽车制造、电子电气、医疗和食品加工等领域广泛应用。但超级聚合物要求非常高的加工温度和稳定的温度控制以达到最优的打印环境，而目前市场上的3D打印机大多数无法满足要求，所以ABM干脆自己研发出了“超强”3D打印机。
全球大势所趋
近年来国外生物基塑料市场需求猛增，国内也涌现出多家生物基材料企业，并获得了认证，他们主要以生产一次性制品为主，主打低端市场。
从低端一次性制品、农用地膜、塑料袋等向更高端的生活用品、电子电器、汽车、航空等产业推进，生物基塑料更广泛的规模化应用将降低化工工业对石化材料的过渡依赖，提升整个人类的健康生活品质，同时有助于改善传统石化材料使用不当造成的环境问题，在后期的回收处理上更加的科学、健康、环保。
从全球范围来看，生物基材料取代石油基材料已经是大势所趋。在这方面，欧盟的发展最为靠前，相关的政策也最为严格，比如针对塑料餐具的各项规章制度，关于婴儿商品的178项法规等等，都在逐步地提高生产门槛，出台相关法律措施推动整个产业的发展，以达到完全替代石油基塑料的目的。中国在这方面相对落后，但近几年，专门针对环境的各项规章制度纷纷出台，越来越严格地法规也预示着，发展高性能生物基塑料将成为极有前途的朝阳产业。
閱讀更多 中國機電工業雜誌社 的文章
