三井化学新材料,植物塑料原料进入商品化阶段

6月1日,在日本东京有明国际会展中心举办的室内用品展“家居设计生活展”(Interior Lifestyle)上,三井化学首次公开了会变色的塑料家具及餐具等。该项目通过对该公司的材料提出全新用途,向客户展现材料的魅力,以便开拓新客户。

价格高曾是生物塑料商品化时的一大障碍,不过,现在出现了比石油原料便宜2成的生物质原料。存在耐久性等课题的聚乳酸也在改质技术的推动下,开始进行用途开发。 以植物为原料制备出来的生物塑料是一种碳中和材料,即便燃烧,也不会增加大气中实际的二氧化碳量,而且还有助于节约石油资源。随着人们环保意识的提高,生物塑料从2000年代开始慢慢普及,但因其居高不下的价格,并未广泛渗透到社会中。 不过在最近,随着量产技术开发活动的推进,比以石油为原料的塑料更便宜的植物塑料原料逐渐开始商品化。 利用酵母菌的力量简化工序 三井物产决定与2009年入股的加拿大生物风险企业BioAmber合作,量产以植物为原料的琥珀酸。琥珀酸此前一直是以石油产品为原料,作为隔热材料和粘合剂等原料之一使用。 其中,具有代表性的用途是作为聚丁二酸丁二醇酯的原料,PBS是一种具有可被自然界中的微生物分解的“生物可降解性”的塑料。 三井物产与BioAmber将投资约125亿日元,在加拿大安大略省建设年产能为3万吨、全球最大规模的生物琥珀酸的商业工厂。预定2015年1月底完工,生产步入正轨后,预计其价格会比从石油中提取的琥珀酸低2成左右。 琥珀酸可用于入浴剂和食品添加剂等广泛用途。如果业务顺利增长,将把年产能扩大到5万吨。 全球已有多家生物风险公司开始生产生物琥珀酸,不过都是年产能为1万吨的级别。三井物产和BioAmber预计新工厂的生产成本会比其他公司低1成左右。 生物琥珀酸的制备方法是,使从玉米中提取的糖分在菌类的作用下发酵。与利用原油制造相比工序更少,因此可低成本制造。新工厂邻近北美被称为“玉米带”的一大玉米产地,可低价采购从玉米中提取的葡萄糖。 另外,BioAmber还拥有美国大型粮食制造商嘉吉新开发的酵母菌的专有使用权。利用这种酵母菌,可较以往的制造方法简化工序,降低成本。 以往的制造方法在发酵葡萄糖时,发酵层中的酸度会升高,妨碍菌的活动,因此必须添加中和剂。而发酵结束后必须去除中和剂,提炼琥珀酸。但新开发的酵母菌耐酸性强,无需使用中和剂。 三井物产生物化学事业室主任荒木英知说:“人们肯花高价钱购买环境负荷低的生物原料的时代结束了。现在做业务的前提是发挥‘植物提取’特有的优势”。 从2003年开始开展生物可降解塑料PBS业务的三菱化学将于2015年在泰国启动年产能为2万吨的PBS生产设备。此前一直使用从石油中提取的琥珀酸作为原料,而今后将采用三井物产的生物琥珀酸。 目前,PBS主要用于可埋入农田中处理的农业用薄膜,以及可直接掺入堆肥中的生活垃圾用垃圾袋等。 三菱化学还在拓展PBS在要求高功能性和卫生性的食品包装等领域的用途。使用源自植物的原料,可以提高作为放心、安全的环保材料的附加值。现已得到泰国最大的咖啡连锁店“Cafe Amazon”的采用。该咖啡店采用的是用三菱化学生产的采用PBS涂层的生物可降解纸杯。 将熔点低变为优点 此外,涉足代表性生物塑料——聚乳酸业务的帝人公司计划利用自主开发的改质技术,开拓聚乳酸的新用途。 在日本最大规模的家电商场——友都八喜多媒体秋叶原店,乘扶梯上二楼后,首先映入眼帘的是家用3D打印机卖场。3D打印机的价格仍然高达十几万日元,因此每月只能卖出几台,但出于爱好想使用的人在稳步增加。 实际上,家用3D打印机的造型原料就使用了聚乳酸。将盘成卷的带状聚乳酸一点一点加热熔化,从自动移动的细喷嘴顶端喷出来制作立体物品。聚乳酸的熔点约为170℃,在塑料中比较低。由于能低热熔解,因此很适合作为家用3D打印机的耗材。 不过利用时也存在难点,那就是聚乳酸具有水解性,会与空气中的水分发生反应,放久了容易变质。 虽然添加碳化二亚胺化合物添加剂能够抑制水解,但这种添加物与树脂发生反应时,会产生刺激眼睛和呼吸器官的有害气体异氰酸酯。用3D打印机加热后,这种气体可能会在室内扩散。 因此,帝人开发出了具有特殊分子结构、完全不释放异氰酸酯气体的“环状碳化二亚胺化合物”,可用于以聚酯系为中心的广泛塑料,已从2013年开始对外销售。作为新的环保材料,还打算在欧美和中国销售。 帝人还计划面向3D打印机用途,投产混有环状碳化二亚胺化合物的聚乳酸,在2015年涉足3D打印材料市场。该公司环境能源、先进材料业务推进组组长内山昭彦表示,“仅凭‘取代石油塑料’这种想法并不能使生物塑料普及。我们打算发挥聚乳酸的特性,开发即便在利基市场上也能深入渗透的用途”。 生物塑料可以说是环保材料的代表,今后将在价格和功能两方面完成进化。

会变色、会发声、触感美妙的新产品

1年前三井化学启动了“材料魅力实验室”项目,负责人是从设计视点出发为很多企业解决经营问题的MTDO公司代表董事田子学,旨在挖掘三井化学各种材料技术的新潜力,开发的新产品可通过五种感觉器官来体验,目的是打破“这种材料只能用于这种用途”的既定印象。

其中一款试制品被称为“SHIRANUI神秘之光”,这是一种会对紫外线作出反应发生颜色变化的凳子。这种凳子使用了太阳镜用调光透镜开发的塑料材料。据三井化学介绍,该展品是为了让更多的行业了解这种此前只用于眼镜透镜的材料,将该材料受紫外线照射颜色会变化的潜在特性变成了具体的产品。

“KODAMA回声”的特点是诉诸于听觉。这是一种利用智能手机的相机镜头及注射器等领域使用的透明树脂材料制作的风铃。据一次偶然研究发现,改变该类材料的成分后,敲击时音色及音程会发生多种变化,这就是试制风铃的契机。

田子认为,利用该材料的特性,可以提出全新的乐器方案。一般来说,以往的乐器大多通过改变音源及音响部分的尺寸来确定声音的高低,而使用这种材料,可以制作出形状相同却会发出不同声音的乐器。

以“NAGORI余波”为主题的餐具展现出了该项目新开发的塑料材料的魅力。这种材料混合了从海水中提取的矿物质成分与聚丙烯。据介绍,该材料的特点是具备凉爽的像陶器一样的质感和导热性。不仅能够消除人们以往对塑料的“轻质廉价”的印象,而且融入了陶器很难实现的尖锐形状及光泽/哑光等塑料特有的质感。

四类拟声拟态词:描述材料特性的“通用语言”

此外,三井化学还尽量使用日语固有的“拟声拟态词”来描述材料的特点。对材料不太了解的人经常用“又凉又硬”等词语来描述自己需要的材料。而化学厂商的相关人员则经常使用数字定量性地介绍材料的特性和物性。加上描述方法也不一样,很容易导致认识上的偏差。为了避免这种情况,此次项目提出了使用“拟声拟态词”作为通用语言来描述材料的方法。

具体来说,该项目将不同的材料分成了“松脆坚硬”、“粘稠贴合”、“顺滑圆润”、“柔软弹性”四大类。田子表示,“打算将这种基于拟声拟态词的分类作为一种交流工具来加深材料提供方和被提供方的关系”。

三井化学相关负责人表示,虽然很多B2B厂商擅长开发受客户委托提前确定好性能参数的产品,但并不擅长进行通过发挥材料的特点来开发新用途和附加值的提案型开发。如果能够向其提供可认识到“仅仅更改材料就能达到这种目的”的机会,就可以让客户的开发人员、创意人员、设计师受到启发。

田子亦表示,“我们打算通过此次项目,激发多个行业相关领域的热情。不以最终产品的形态及材料特性为起点推进开发,而是将重点放在‘实际接触材料的用户会有什么感觉’上来开拓新用途”。

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