生物基聚酰胺，也就是生物基尼龙，顾名思义指的就是那些原料为生物质的尼龙材料。随着市场对于环保要求越来越高，生物基尼龙的研究价值也与日俱增。

目前，生物基尼龙的原料主要有生物基氨基酸、生物基内酰胺、生物基二元酸、生物基二元胺等等。

今天我们就来看看，当前生物基材料的来源、制备方法以及性能，通过这些研究和总结来展望中国生物基尼龙的发展趋势。

生物基尼龙的历史可以追溯到上世纪50年代，由阿科玛公司利用蓖麻油作为原料，合成了全生物基PA11，并将这种材料成功应用到了汽车行业、电子电气、耐压管道、运动器械以及食品、医药、包装等领域。

近年来，生物基聚合物的研究也成为了热点话题。据欧洲生物塑料协会统计，截至2014年，全球的生物基塑料产量就达到了约170万吨，且预测到2019年，这个数字将达到780万吨。

目前，生物基聚酰胺可按照合成方法大致分为AB型生物基尼龙以及AABB型生物基尼龙。

这一类材料主要指由氨基酸缩聚或内酰胺开环聚合的到的尼龙材料，其中最成熟的、产业化最早的代表性材料是PA11。

阿科玛首先合成的尼龙材料（Rilsan®）是通过将蓖麻油裂解、醇解、水解、溴化等步骤制成ω-十一氨基酸，在一系列催化、缩聚后制得PA11。

由蓖麻油制备ω-十一碳氨基酸的合成路线

此外，还有通过斑鸠菊油、油酸以及其他不饱和脂肪酸的方法来制备PA11。方法虽多，但目前主流工业化生产中仍然以蓖麻油为原料。

PA11的主要特点为其吸水率极低，且非常容易加工，目前在汽车、电子电气等行业均有应用。

而改性技术也让PA11能够有更好的性能和更高的性价比：比如PA1010、PE、EVA进行增韧改性；聚烯烃、橡胶进行增韧增强改性；以及热膨胀纳米石墨与PA11熔融共混提高耐热和力学性能。

这种材料通常是由生物质原料所得的二元酸和非生物基二元胺缩聚而成。目前，可通过原料大致分为癸二酸、丁二酸和己二酸等。

生物基癸二酸研究现状：最早实现工业化生产的AABB型生物基尼龙就是以癸二酸为原料的PA1010。同样基于癸二酸的尼龙材料还有诸如PA410、PA610以及PA10T等等。

近年来，阿科玛公司在蓖麻油方面的布局逐渐完善：其受够了癸二酸生产商卡斯达，以及翰普高分子材料，还有一家从事蓖麻油生产的印度公司，通过产业链整合，阿科玛已成为了全球生物基PA1010的最大供应商之一。

蓖麻油在不同条件下的裂解产物

目前市场上主流的针对PA1010的改性技术有通过纳米技术来增强增韧，以及合金增韧和阻燃改性等等。

生物基丁二酸研究现状：丁二酸是生物质生产的重要原料之一，工业化发展已经较为完善。其中，DSM进一步以丁二酸合成了己二酸。然后将己二酸和丁二胺低温形成预聚体后，再进行高温熔融缩聚，加以固相缩聚等方法，就得到了PA46。

PA46的熔点高达290℃，而30%玻纤增强的PA46期热变形温度和连续使用温度分别可达290℃和170℃。

值得一提的是，DSM还以丁二胺为原料，生产出了符合碳中和概念的PA410，以及PA4T及其共聚物。

生物基己二酸研究现状：众所周知，己二酸是目前涨价热潮PA66的原材料之一。生物基己二酸目前主要还是以葡萄糖和纤维素为原料。

由葡萄糖制备己二酸 (酯）

据悉，这一生产技术的相关商业化装置已于2014年开建，且该公司凭借独有技术生产出了生物基己二胺，其成本要比传统的石油基己二胺降低20-25%，同时减少50%的温室气体排放。

由此可见，全生物基PA66的生产也即将到来。

石油资源的匮乏，以及利用石油资源时裹挟而来的环境问题亟待解决。而生物基尼龙的各种解决方案也得到了各方的青睐，其商业化应用也将成为主流趋势之一。

但仍要注意的是，目前生物基尼龙的发展仍然面临着以下几大问题：

这些问题的存在，使得目前生物级尼龙的产量还不足尼龙总产量的1%，杜邦、巴斯夫、阿科玛、帝斯曼等传统工业劲旅对这些问题也正在逐渐展开研究，这也意味着这可能是市场认可的下一个风口之一。

上文中提到的Rennovia公司曾预测，到2022年全球生物基PA66的产量将达到100万吨，且其他生物基尼龙的价格也将大幅下降。

回到我国情况，本文作者郑州大学刘民英教授等人认为，我国生物基尼龙，尤其是100%的全生物基尼龙材料，其研发和产业化与美国、欧洲等发达国家相比，仍然有一定差距。

其主要原因在于技术不成熟，我国早在1960年代就实现了生物基PA1010的产业化，但其他类型的生物级尼龙材料进展较为缓慢。

因此，我国在加强动植物脂肪酸提炼尼龙材料所需原料，以及生物催化、产品纯化等方面加大研发力度势在必行。

乐观之处在于，我国尼龙市场中诸如凯赛生物、伊品生物、华阳新材料等均在生物基尼龙领域有所布局，未来将有更广大的发展空间。

文章来源：生物工程学报

《生物基聚酰胺研究进展》郑州大学

黄正强,崔喆,张鹤鸣,付鹏,赵清香,刘民英

本文来自功能高分子及助剂，本文观点不代表石墨烯网立场，转载请联系原作者。

碳中和指南：生物基尼龙材料研究现状