生物基材料是指以可再生資源(如農(nóng)作物、竹木、其他植物及其殘體和內(nèi)含物等)為原料,通過生物加工、合成、煉制過程獲得的生物質(zhì)合成材料,生物質(zhì)再生材料和基礎(chǔ)化工原料。通俗來講,生物基材料可以理解為天然材料通過生化方法得到的一類材料。這類材料大部分是可降解,從來源到加工,再到材料使用、回收和降解,有望實現(xiàn)整個綠色循環(huán),是未來低碳經(jīng)濟發(fā)展的一類重要材料。
目前,我國生物基材料產(chǎn)業(yè)科技取得了顯著的成效,形成了如全降解生物基塑料、木基塑料、聚合超大分子聚乳酸、農(nóng)用地膜等一大批具有自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)。全國性的“木塑熱”正逐漸興起,木塑制品年產(chǎn)銷量已超過20萬噸,并以20%以上的年增長率高速增長。生物基材料作為石油基材料的升級替代產(chǎn)品,正朝著以綠色資源化利用為特征的高效、高附加值、定向轉(zhuǎn)化、功能化、綜合利用、環(huán)境友好化、標(biāo)準(zhǔn)化等方向發(fā)展。與國際先進(jìn)水平相比,在產(chǎn)品性能、制造成本、關(guān)鍵技術(shù)、技術(shù)集成與產(chǎn)業(yè)化規(guī)模等方面還存在差距,必須加快突破生物基材料制造過程的生物合成、化學(xué)合成改性及樹脂化、復(fù)合成型等關(guān)鍵技術(shù),促進(jìn)重要生物基材料低成本規(guī)模化生產(chǎn)與示范,構(gòu)建生物基材料研發(fā)平臺,提升生物基材料企業(yè)科技創(chuàng)新能力,實現(xiàn)化石資源的有效替代,為生物基材料產(chǎn)業(yè)培育提供科技支撐。
許多化妝品,如脫皮、除臭劑或牙膏都含有細(xì)小的塑料顆粒,如聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)制成的微塑料,它們被用作“溫和磨料”。由于它們的耐化學(xué)性和缺乏顏色、氣味和味道,它們也經(jīng)常被用作穩(wěn)定劑和填料。聚乙烯和聚丙烯是不可生物降解的,由于顆粒較小,微塑料被引入到含化妝品的廢水中,無法充分去除。它進(jìn)入我們生活的環(huán)境和水域。因此,許多化妝品制造商宣布,他們將放棄使用微塑料,并在未來使用合適的替代品。
隨著最近在領(lǐng)先的集群生物經(jīng)濟的框架內(nèi)研究項目“kosligcel”得完成,德國Halle(Saale)的Fraunhofer材料和系統(tǒng)微觀結(jié)構(gòu)研究所一直在對此作出貢獻(xiàn)。該項目由聯(lián)邦教育和研究部資助,與德國蓋倫的一家纖維素加工機CFF GmbH和Halle(Saale)的皮組學(xué)有限公司合作,成功開發(fā)和測試了生物降解材料的替代品。Halle(Saale)主要負(fù)責(zé)產(chǎn)品的泛酸和皮膚病檢查。
牙科和個人護(hù)理產(chǎn)品的山毛櫸木纖維素顆粒的掃描電子顯微鏡圖像(? Fraunhofer IMWS)
山毛櫸木纖維素
從山毛櫸木材、燕麥、小麥和玉米中生產(chǎn)符合牙科和護(hù)膚品研磨性和清潔性能要求的可生物降解纖維素顆粒。具體來說,對人體脫皮和牙膏的替代品進(jìn)行了測試。我們面臨的挑戰(zhàn)是如何設(shè)計纖維素顆粒,使其尺寸、形狀、硬度和表面結(jié)構(gòu)達(dá)到預(yù)期的產(chǎn)品性能。對山毛櫸木纖維素進(jìn)行了特殊改性,并對優(yōu)化工藝進(jìn)行了微觀結(jié)構(gòu)分析。
弗勞恩霍夫IMWS項目協(xié)調(diào)員 Dr. Sandra Sarembe說:“經(jīng)過兩年的研究工作,我們?nèi)〉昧撕芎玫男Ч河脙?yōu)化的山毛櫸木纖維素顆粒制成的牙膏,其磨損效果很低,但清潔性能卻很好?!毖栏嘀械目缮锝到忸w粒可用于機械去除菌斑、牙齒變色和食品殘渣,但不會對牙釉質(zhì)造成損害。Sarembe說:“在幾種纖維素類型的材料特征方面,我們一直收集積極的數(shù)據(jù)。這也適用于這些物質(zhì)在脫皮和其他皮膚化妝品的使用。研究小組能夠科學(xué)地證實纖維素顆粒在化妝品中作為聚乙烯替代品有著類似的效果。它們在水中也是可生物降解的,并且可以以低成本生產(chǎn)。纖維素顆粒也可以用作無鋁除臭劑的填料.
牙齒釉質(zhì)樣品的照片(初始狀態(tài),變色后和清洗后)。樣品用含有纖維素的牙膏清洗。
其他應(yīng)用領(lǐng)域
弗勞恩霍夫IMWS公司的項目經(jīng)理Dr. Andreas Kiesow說:“纖維素用作生物填料,亦可應(yīng)用于其他應(yīng)用領(lǐng)域,例如醫(yī)療產(chǎn)品。此外,不同的纖維素類型可以混合,這有廣泛的應(yīng)用前景。因此,微粒對新產(chǎn)品的開發(fā)具有很高的應(yīng)用前景,對于可持續(xù)的甚至是純素產(chǎn)品也有誘人的營銷機會。
所得結(jié)果也可應(yīng)用于其他化妝品領(lǐng)域,如睫毛膏、粉劑、口紅等。
我國在“十二五”專項規(guī)劃中提到要顯著增強研究生物基材料產(chǎn)業(yè)原始創(chuàng)新能力,突破一批生物基化學(xué)品和生物基材料制造過程中的生物與化學(xué)轉(zhuǎn)化共性關(guān)鍵技術(shù),篩選出一批高效專用生物合成微生物,創(chuàng)制一批生物基新材料和化學(xué)品,性能達(dá)到或接近石油基產(chǎn)品。
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