生物塑膠之一：部分特性已超越傳統石油樹脂

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【日經BP社報導】以植物為原料的生物塑膠的特性得到迅速提高。有些生物塑膠在耐熱性、彎曲強度等方面已經超過了傳統的石油樹脂。而且，為了避免將來發生與糧食競爭的問題，非食用原料的開發也在穩步推進。本文由在NEC公司多年從事生物塑膠開發的位地正年，為大家介紹生物塑膠技術開發的最新動向和NEC的舉措。


從通用產品到耐用產品，樹脂（塑膠*）的應用範圍相當廣泛。全世界樹脂的年產量高達約2.3億噸，其中日本約佔1300萬噸。

*塑膠：具備線狀長分子構造，通常由碳（C）、氫（H）、氧（O）等元素組成的多個（數十～數萬個）化合物連接而成。受熱會熔化，因此可用澆注模具將其製成各種形狀。需要具備各種實用特性，例如加熱時易流動、冷卻時易凝固等成形性，根據不同的用途，有時還需要具備剛性、柔韌性、耐熱性（耐熱變形性）、強度、阻燃性等。

不過，大部分塑膠是以儲量有限的石油為原料，而且，在製造和焚燒處理時，還會釋放出大量的二氧化碳。

而生物塑膠使用可再生、能固定二氧化碳的植物為原料，作為有助於保護石油資源、防止地球變暖的新材料，現在已經成為關注的焦點。  

按照使用原料的不同，生物塑膠大致可以劃分為兩類，一類是以穀物、薯類、甘蔗等的澱粉*為原料，另一類是以植物的莖和木材的主要成分——纖維素*等非食用植物資源為原料（圖1）。  

圖1：原料各異的生物塑膠的課題             現在主要的生物塑膠是以澱粉為原料。今後需要改用非食用纖維素等原料，但依靠目前的技術，應用於耐用產品還存在課題。

*澱粉：由大量α-葡萄糖（一種單糖）連接而成的一種多糖，因為溶于水、易分解，所以容易被人體消化，是重要的糧食。富含于穀物、薯類、甘蔗等農作物之中。

*纖維素：由大量β-葡萄糖（一種單糖）連接而成的一種多糖，構造與澱粉相似，但分子間結合緊密，不溶于水、不易分解，因此人類無法食用。而且受熱不會熔化、不溶于常見的有機溶劑，難以作為工業原料使用。但纖維素是植物的主要成分（30％以上），是地球上儲量最大的可再生有機資源。

最近，生物塑膠在食品包裝容器和薄膜、纖維等通用產品領域得到了廣泛應用。這是因為生物塑膠的強度、耐熱性、成形加工性等特性已經達到了與石油塑膠比肩的水準，生產成本也有所下降。如今，以歐美為中心，生物塑膠的使用量每年在以約30％的增長率增加。

然而，在電子產品等耐用產品領域，生物塑膠的應用程度卻不及通用產品。要想實現生物塑膠的全面普及，還需進一步改進其特性和成本。而且，現在的生物塑膠主要是以澱粉為原料，出於對糧食問題的擔憂，改用非食用植物資源已成為重要課題。

鋻於上述情況，本系列將就（1）生物塑膠在通用產品中的應用擴大的情況、（2）面向電子產品等耐用產品的技術開發、（3）使用非食用原料的替代技術這三個方面，逐一進行介紹。  

通用產品主要是利用聚乳酸

首先簡單介紹（1）生物塑膠在通用產品中的應用情況。

現在的生物塑膠主要是以澱粉為原料，產品有聚乳酸（主要製造商為NatureWorks）、聚羥基丁酸酯（KANEKA）等聚羥基鏈烷酸、聚乙烯（巴西Braskem）、聚對苯二甲酸丙二酯（杜邦）、聚丁二酸丁二醇酯（三菱化學）、聚對苯二甲酸乙二醇酯（豐田通商）等。

其中，普及程度最高的當屬聚乳酸。以食品包裝膜、纖維和不織布、薄膜等通用產品為中心，應用聚乳酸的產品的產量正在增加。這是因為，通過大量生產，其成本得以下降，聚乳酸的價格已經降至每公斤200日元左右，而且，隨著聚乳酸薄型加工技術的進步，用量得到削減，與使用石油塑膠相比，價格差距已經近乎于零。

圖2：聚乳酸原料與產量的現狀以及前景預測             聚乳酸的產量正在穩步擴大。現在以玉米（澱粉）為原料，計劃在將來改用非食用纖維素。（圖：作者根據NatureWorks的數據製作）

預計在將來，聚乳酸的原料將向非食用化發展，也就是從澱粉變為纖維素。以通用產品為中心，聚乳酸的應用領域將更廣泛（圖2）。

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