“像蛛网一样精细，像钢铁一样牢固，弹性超过任何普通天然纤维。”杜邦公司曾打出的这段广告词，让其首创的尼龙丝袜风靡全球。 尼龙这种合成纤维的出现，使人们倍感神奇：煤和石油竟然可以通过化学反应制造出与天然纤维相媲美
“像蛛网一样精细，像钢铁一样牢固，弹性超过任何普通天然纤维。”杜邦公司曾打出的这段广告词，让其首创的尼龙丝袜风靡全球。
尼龙这种合成纤维的出现，使人们倍感神奇：煤和石油竟然可以通过化学反应制造出与天然纤维相媲美的材料。此后，不只是在纺织业，汽车、电子器械、包装、交通运输等多个领域也都出现了尼龙制品的身影。
其实，普通尼龙主要是石油衍生物。如今，随着化石资源的日渐枯竭以及人们环保意识的加强，以生物为基础的环境友好型材料开始得到更多重视，尼龙也不得不面临转型。以蓖麻油、葡萄糖等生物质资源为原料生产的生物基尼龙，日渐走进了全球各大化工企业的视线。
全球升温
从化学的角度来看，尼龙就是一种缩聚物，也称为聚酰胺纤维，是少数几种能够“以塑代钢”、用作工程结构件的工程塑料之一。
早在1938年，第一个聚酰胺品种尼龙66由美国杜邦开发成功并实现商业化生产。此后，日常生活中的尼龙制品比比皆是。从近几年全球各大化工巨头推出的新产品来看，生物基尼龙正变得异常活跃。
郑州大学材料科学与工程学院副院长刘民英向《中国科学报》记者介绍，目前，规模化生产的生物基聚酰胺主要包括以蓖麻油、葡萄糖为原料的完全生物基尼龙，如尼龙1010和尼龙11等，以及部分生物基尼龙，如尼龙610、尼龙612等。
2008~2010年间，德国巴斯夫等公司就分别推出部分原料为蓖麻油的尼龙610。刘民英称，与传统尼龙相比，每吨尼龙610对不可再生资源的消耗降低了20%，减排温室气体约50%。
除此之外，2009年，荷兰帝斯曼还推出一种碳中性生物尼龙，即生产制造该聚合物过程中所产生的二氧化碳，能够完全抵消蓖麻子在生长过程中所吸收的二氧化碳；2010年，德国赢创又推出一款新型生物基尼龙产品聚邻苯二甲酰胺。
据日本媒体报道，今年2月份，日本东丽与味之素两家公司也就生物基尼龙的共同研发签订合同。
在国内，生物基尼龙项目也日渐升温。中国工程塑料工业协会秘书长郑凯对《中国科学报》记者表示，在聚酰胺领域，国内目前已经实现产业化生产的主要有全生物基尼龙1010和部分生物基尼龙610，总产量估计近万吨。
生物技术推动产品升级
业内人士认为，在不久的将来，各种生物基尼龙材料的开发会极大地丰富现有的尼龙体系，而生产工艺就成为产品升级的关键。刘民英称，目前，生物基尼龙的生产主要包括蓖麻油裂解和葡萄糖生物发酵两种工艺路线。
蓖麻油是从蓖麻籽中压榨萃取的脂肪油，也被称为“绿色石油”。据刘民英介绍，最早的生物基聚酰胺工程级品种尼龙11就是采用蓖麻油为原料，通过酯交换、高温裂化、水解、溴化、氨化等工序制取单体十一氨基酸后聚合而成。
“其他一些合成生物基尼龙产品，如PA1010、PA1012、PA610等，起始原料也都全部或部分是蓖麻油，最后采用二元酸和二元胺缩聚而成。”刘民英说。
除此之外，以葡萄糖为原料，采用微生物发酵的方法获得尼龙单体，也可以用来生产PA6、PA66、PA410等生物基尼龙。
在美国密歇根大学，研究人员就曾利用谷氨酸棒状杆菌发酵葡萄糖、甘蔗、糖蜜等含糖有机废弃物来制取赖氨酸，再将赖氨酸盐在乙醇中加热回流得到己内酞胺，最终开环聚合得到生物基尼龙。
值得强调的是，在所有尼龙制品中，长碳链尼龙因其具有强度高、尺寸稳定、耐磨耐蚀等优点，成为光纤通讯、军事、航空航天等领域的重要材料。目前，国内外对长碳链尼龙的需求量约为15万吨/年左右，并且以每年10%的速度增长。
可喜的是，中国科学院院士方心芳、中国科学院微生物研究所研究员陈远童 等科学家，开发成功以石油轻蜡为原料，利用微生物发酵工程制备长碳链二元酸的新技术，并在以山东瀚霖生物技术有限公司为代表的国内企业实现了万吨级工业化生产。
不过，刘民英称，我国对长碳链尼龙的需求量每年约为3~4万吨。可是，由于该类尼龙主要由国外生产，我国并没有掌握核心技术，因此，国内基本依赖进口，进口价高达10~12万元/吨。
“以长碳链二元酸为原料可以用来制备尼龙1212、尼龙1313等脂肪族尼龙及其共聚物，以及尼龙12T、尼龙13T等高性能耐热半芳香尼龙，这些高档尼龙具备了尼龙的所有优良特性。”刘民英说。
短期不能全面替代
目前，全球尼龙产量在600万吨左右，2/3用于生产纤维、1/3用作工程塑料。中国的尼龙产量在2012年前4个月大幅攀升约20%。可以说，生物基尼龙或将迎来发展良机。
不过，在刘民英看来，随着新能源的开发利用，石油枯竭的预期可能会大大延后。再加上石油价格目前还不够高，生物基尼龙技术也不够成熟，生物基替代石油基短期内尚无可能。
另外，刘民英表示，利用葡萄糖发酵制取生物基尼龙的成本还是很高，也没有形成一定规模。“现在通过发酵菌种的优选和基因修饰，来提高生产率，但是产品的成本优势一直未能体现。”
郑凯则表示，从技术开发的角度来讲，国外也要优于国内。另外，生物基尼龙在市场开拓及销售渠道方面也存在不足，国内产品很难完全替代进口产品。
“比如尼龙1010，这曾是中国人的发明，可现在国内企业面临破产，杜邦等国外企业做得远比国内好，这也说明国内企业在市场开拓方面还没有做到位。”郑凯说。
为此，郑凯建议，要想发展生物基尼龙产业，首先是要得到国家的政策扶持，国家应出台更为明确、具体的执行指南。另外，对具有自主知识产权的企业也要加大支持力度。
尽管面临上述问题，但业内人士认为发展生物基尼龙仍是必然趋势。正如刘民英所说：“石油枯竭是迟早的事，寻找石油之外的其他多样化的原料制备材料，是人类共同面临的迫切问题。做好技术储备，相信在适当的时机，会显现出生物基材料的优势。”
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