Andrian Wilson

紙尿褲可再生材料的發(fā)展探索

Renewable Materials Used in Diapers

Andrian Wilson

隨著環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展重要性的逐漸增加，尋找石油基化學(xué)品的替代物已成為了迫切的任務(wù)。生物燃料和生物塑料的應(yīng)用初期市場正在發(fā)展中，廢棄物和工業(yè)副產(chǎn)品的利用也在進(jìn)行中。例如，德國的Bayer公司正致力于將二氧化碳用作新的塑料原料，并將其商業(yè)化。

圖1 可口可樂公司的環(huán)保瓶

比較有影響力的成功案例是可口可樂公司使用BioPET30為原料的PlantBottle（環(huán)保瓶）。生產(chǎn)塑料瓶用的聚酯纖維一般是由PTA和MEG合成的聚合物，可口可樂公司成功地用生物基材料替代了合成MEG。它從巴西（Braskem公司）購買生物基乙醇原料，通過反應(yīng)器等設(shè)備來生產(chǎn)生物聚酯（BioPET）。起初可口可樂公司只是在其單個市場推廣這種環(huán)保塑料瓶，逐漸發(fā)展為在其大部分主要的市場推廣，并且使用范圍還在擴大?？煽诳蓸愤€與多家跨國公司合作，包括耐克、福特和寶潔等，以迅速擴大BioPET30的使用。

生物聚合物用量在未來將不斷增加，目前全世界每年消費聚合物2.3億t，生物聚合物將可能取代90%的在用聚合物，約2.07億t。

紙尿褲市場的可再生原料

寶潔對可再生資源的定義是：可再生資源是經(jīng)自然過程產(chǎn)生的，其生產(chǎn)速度與消耗速度相當(dāng)。原材料來自像生物質(zhì)和農(nóng)作物那樣的傳統(tǒng)資源，也有針對從發(fā)酵等生物過程中獲取原材料的研究。除了來源的可再生性之外，這些材料還必須是可持續(xù)的，也就是說它們的產(chǎn)生不會破壞重要的生態(tài)系統(tǒng)，減少瀕危動植物棲息地，或?qū)Νh(huán)境和人類社會產(chǎn)生其他不利影響。

2010年9月寶潔發(fā)布的可持續(xù)發(fā)展遠(yuǎn)景規(guī)劃中就提到，到2020年，其25%的產(chǎn)品將采用可再生或可循環(huán)的資源生產(chǎn)，長遠(yuǎn)計劃是這一比例將達(dá)到100%。寶潔公司生產(chǎn)多種不同品牌產(chǎn)品，有些產(chǎn)品采用可再生或可循環(huán)的資源并不困難，但是像幫寶適紙尿褲這種組成較復(fù)雜的產(chǎn)品該如何實現(xiàn)這一目標(biāo)呢？

根據(jù)Transparency市場機構(gòu)的調(diào)查，2011年全球嬰兒紙尿褲市場規(guī)模為356億美元，到2017年將增長46.6%到522億美元，年復(fù)合增長率為6.6%。但是由于原輔材料的分揀和收集困難，廢棄紙尿褲的處理也成為日益突出的問題。廢棄時的產(chǎn)品由于吸收了尿液，重量可以達(dá)到其干重時的5倍。

歐洲非織造布協(xié)會（EDANA）2011年對發(fā)達(dá)國家市場銷售的嬰兒紙尿褲組成部分質(zhì)量百分比的分析結(jié)果如表1所示：

表1 嬰兒紙尿褲各組成部分質(zhì)量占比

如果按照各成分的價值計算，所占的比例將會有很大的不同：

表2 嬰兒紙尿褲各組成部分價值比例

這些組成成分采用可再生原料有什么樣的可能呢？

1. SAP

SAP是紙尿褲非常重要的原材料，可再生SAP材料的研究正在進(jìn)行中：

● 巴斯夫是全球最大的丙烯酸和SAP生產(chǎn)商，其與美國動物營養(yǎng)品及農(nóng)產(chǎn)品制造商Cargill公司和丹麥生物技術(shù)公司Novozymes公司合作開發(fā)的生物基3-羥基丙酸（3-HP）具有里程碑的意義，3-HP是生產(chǎn)生物基丙烯酸和SAP的重要原料。3家公司于2012年簽署合作協(xié)議，并進(jìn)行了相關(guān)的試驗。生物丙烯酸工藝的研發(fā)獲得了重大的進(jìn)展，2013年完成了3-HP試生產(chǎn)，2014年9月成功地將3-HP轉(zhuǎn)換成冰晶級丙烯酸和SAP。但在2015年，巴斯夫決定退出研發(fā)生物基3-HP以及丙烯酸的合作，Cargill公司和Novozymes公司將繼續(xù)在這一方向的研究。

● OPX生物技術(shù)公司與陶氏化學(xué)和贏創(chuàng)公司合作開發(fā)生物丙烯酸，其研發(fā)的EDGE技術(shù)平臺應(yīng)用靈活，能使微生物的遺傳密碼得以重新排列，生產(chǎn)出不同的產(chǎn)品。

●Archer Daniels Midland和CIC Holdings公司合資成立了Chemcel公司，并在斯里蘭卡建立新的加工廠，于2014年開始生產(chǎn)生物基的SAP。公司擁有使用改性淀粉生產(chǎn)高性能SAP的專利技術(shù)，物理性能與石油基SAP相似，所以無需改變最終產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝。

2. 彈性材料

新型彈性材料的廣泛使用同樣也受到重視，彈性材料約占嬰兒紙尿褲成本的6%，到2017年其市場規(guī)?？蛇_(dá)30億美元。1,4-丁二醇（BDO）是生產(chǎn)四氫呋喃（THF）的原材料，而后者被用于生產(chǎn)彈性纖維和其他功能性聚合物。

● 2013年年初，巴斯夫宣布用可再生原料生產(chǎn)BDO。生產(chǎn)過程使用的是美國吉諾瑪?shù)倏ǎ℅enomatica）公司的專利發(fā)酵技術(shù)，該技術(shù)使用甘蔗提取的葡萄糖作為可再生原材料，用可再生原材料生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量與用石油生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量相當(dāng)。巴斯夫打算有選擇地使用可再生原材料生產(chǎn)BDO衍生物，其中包括聚四氫呋喃。巴斯夫于2013年11月完成了用可再生原材料制得BDO的商業(yè)化生產(chǎn)，客戶現(xiàn)在可以使用這些產(chǎn)品進(jìn)行測試或是商業(yè)用途。

●美國BioAmber公司獲得了杜邦公司的獨家授權(quán)技術(shù)，能夠用生物基琥珀酸生產(chǎn)BDO。該公司還與贏創(chuàng)合作優(yōu)化杜邦公司的生產(chǎn)工藝，進(jìn)一步提高產(chǎn)品的性能和經(jīng)濟性。BioAmber將在北美建造10萬t/a的生物基BDO工廠，該工廠計劃于2017年試車。

● 杜邦公司是化學(xué)品行業(yè)的領(lǐng)先企業(yè)，公司確信未來15年里可以用生物基原料替代其目前50%以上的塑料原料。杜邦公司強調(diào)可再生聚合物必須比石油基原料便宜才能引起OEM制造商的興趣，OEM制造商不會為可再生化學(xué)品支付更多的費用，這也阻礙了生物基聚合物的開發(fā)進(jìn)程。

3. 非織造布

在全球所產(chǎn)的各類纖維中，棉纖維仍占31%。其余的可再生型纖維制品還有：

●蘭精公司生產(chǎn)的Tencel天絲纖維是比較先進(jìn)的纖維素纖維，其TencelWeb項目已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展，通過紡熔工藝可把天絲以液態(tài)形式直接加工成非織造布。

● 美國Nature Works公司使用可再生的植物資源為原料制造Ingeo聚乳酸纖維，可用于熔噴和紡粘非織造布的生產(chǎn)，這種非織造布的生產(chǎn)商包括Ahlstrom、Biax-Fiberfilm、Fitesa、Sandler、US Pacifix和溫州昌隆公司。該纖維拓寬了聚合物的種類，加工過程中收縮率明顯減少。

●Fitesa公司使用雙組份纖維制造高性能的非織造布，這種雙組分纖維由兩種生物基聚合物組成皮芯結(jié)構(gòu)。皮層采用Braskem公司生產(chǎn)的100%生物基聚乙烯，而芯層則是Nature Works公司的Ingeo聚乳酸纖維。由于采用了生物基PE作為皮層，這種非織造布產(chǎn)品非常柔軟；而Ingeo纖維芯層又使產(chǎn)品結(jié)實耐用。Fitesa公司的這種非織造布產(chǎn)品有各種定量范圍，其物理性能可以隨時替換現(xiàn)有的雙組分紡粘非織造布。天絲和聚乳膠纖維只能成為紙尿褲等行業(yè)所使用的部分原料，而隨時可替換原有材料的雙組分纖維發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

● Braskem公司還計劃生產(chǎn)生物聚丙烯，也是從甘蔗中提取乙醇制成的，與傳統(tǒng)聚丙烯具有相同的加工性能和使用性能，最初計劃年產(chǎn)能為3萬t，也可能會增加。

結(jié)論

可再生性原材料的發(fā)展為生產(chǎn)企業(yè)推出可再生的紙尿褲產(chǎn)品提供了可能，這將很大程度上解決廢棄紙尿褲產(chǎn)品的回收問題，未來可再生原料將會得到更大程度的發(fā)展。

（鐘穎編譯自INSIGHT2013論文集，王娟整理）