纸尿裤可再生材料的发展探索

Andrian Wilson

纸尿裤可再生材料的发展探索

Renewable Materials Used in Diapers

Andrian Wilson

随着环境保护和可持续发展重要性的逐渐增加，寻找石油基化学品的替代物已成为了迫切的任务。生物燃料和生物塑料的应用初期市场正在发展中，废弃物和工业副产品的利用也在进行中。例如，德国的Bayer公司正致力于将二氧化碳用作新的塑料原料，并将其商业化。

图1 可口可乐公司的环保瓶

比较有影响力的成功案例是可口可乐公司使用BioPET30为原料的PlantBottle（环保瓶）。生产塑料瓶用的聚酯纤维一般是由PTA和MEG合成的聚合物，可口可乐公司成功地用生物基材料替代了合成MEG。它从巴西（Braskem公司）购买生物基乙醇原料，通过反应器等设备来生产生物聚酯（BioPET）。起初可口可乐公司只是在其单个市场推广这种环保塑料瓶，逐渐发展为在其大部分主要的市场推广，并且使用范围还在扩大。可口可乐还与多家跨国公司合作，包括耐克、福特和宝洁等，以迅速扩大BioPET30的使用。

生物聚合物用量在未来将不断增加，目前全世界每年消费聚合物2.3亿t，生物聚合物将可能取代90%的在用聚合物，约2.07亿t。

纸尿裤市场的可再生原料

宝洁对可再生资源的定义是：可再生资源是经自然过程产生的，其生产速度与消耗速度相当。原材料来自像生物质和农作物那样的传统资源，也有针对从发酵等生物过程中获取原材料的研究。除了来源的可再生性之外，这些材料还必须是可持续的，也就是说它们的产生不会破坏重要的生态系统，减少濒危动植物栖息地，或对环境和人类社会产生其他不利影响。

2010年9月宝洁发布的可持续发展远景规划中就提到，到2020年，其25%的产品将采用可再生或可循环的资源生产，长远计划是这一比例将达到100%。宝洁公司生产多种不同品牌产品，有些产品采用可再生或可循环的资源并不困难，但是像帮宝适纸尿裤这种组成较复杂的产品该如何实现这一目标呢？

根据Transparency市场机构的调查，2011年全球婴儿纸尿裤市场规模为356亿美元，到2017年将增长46.6%到522亿美元，年复合增长率为6.6%。但是由于原辅材料的分拣和收集困难，废弃纸尿裤的处理也成为日益突出的问题。废弃时的产品由于吸收了尿液，重量可以达到其干重时的5倍。

欧洲非织造布协会（EDANA）2011年对发达国家市场销售的婴儿纸尿裤组成部分质量百分比的分析结果如表1所示：

表1 婴儿纸尿裤各组成部分质量占比

如果按照各成分的价值计算，所占的比例将会有很大的不同：

表2 婴儿纸尿裤各组成部分价值比例

这些组成成分采用可再生原料有什么样的可能呢？

1. SAP

SAP是纸尿裤非常重要的原材料，可再生SAP材料的研究正在进行中：

● 巴斯夫是全球最大的丙烯酸和SAP生产商，其与美国动物营养品及农产品制造商Cargill公司和丹麦生物技术公司Novozymes公司合作开发的生物基3-羟基丙酸（3-HP）具有里程碑的意义，3-HP是生产生物基丙烯酸和SAP的重要原料。3家公司于2012年签署合作协议，并进行了相关的试验。生物丙烯酸工艺的研发获得了重大的进展，2013年完成了3-HP试生产，2014年9月成功地将3-HP转换成冰晶级丙烯酸和SAP。但在2015年，巴斯夫决定退出研发生物基3-HP以及丙烯酸的合作，Cargill公司和Novozymes公司将继续在这一方向的研究。

● OPX生物技术公司与陶氏化学和赢创公司合作开发生物丙烯酸，其研发的EDGE技术平台应用灵活，能使微生物的遗传密码得以重新排列，生产出不同的产品。

●Archer Daniels Midland和CIC Holdings公司合资成立了Chemcel公司，并在斯里兰卡建立新的加工厂，于2014年开始生产生物基的SAP。公司拥有使用改性淀粉生产高性能SAP的专利技术，物理性能与石油基SAP相似，所以无需改变最终产品的生产工艺。

2. 弹性材料

新型弹性材料的广泛使用同样也受到重视，弹性材料约占婴儿纸尿裤成本的6%，到2017年其市场规模可达30亿美元。1,4-丁二醇（BDO）是生产四氢呋喃（THF）的原材料，而后者被用于生产弹性纤维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产BDO。生产过程使用的是美国吉诺玛蒂卡（Genomatica）公司的专利发酵技术，该技术使用甘蔗提取的葡萄糖作为可再生原材料，用可再生原材料生产的产品质量与用石油生产的产品质量相当。巴斯夫打算有选择地使用可再生原材料生产BDO衍生物，其中包括聚四氢呋喃。巴斯夫于2013年11月完成了用可再生原材料制得BDO的商业化生产，客户现在可以使用这些产品进行测试或是商业用途。

●美国BioAmber公司获得了杜邦公司的独家授权技术，能够用生物基琥珀酸生产BDO。该公司还与赢创合作优化杜邦公司的生产工艺，进一步提高产品的性能和经济性。BioAmber将在北美建造10万t/a的生物基BDO工厂，该工厂计划于2017年试车。

● 杜邦公司是化学品行业的领先企业，公司确信未来15年里可以用生物基原料替代其目前50%以上的塑料原料。杜邦公司强调可再生聚合物必须比石油基原料便宜才能引起OEM制造商的兴趣，OEM制造商不会为可再生化学品支付更多的费用，这也阻碍了生物基聚合物的开发进程。

3. 非织造布

在全球所产的各类纤维中，棉纤维仍占31%。其余的可再生型纤维制品还有：

●兰精公司生产的Tencel天丝纤维是比较先进的纤维素纤维，其TencelWeb项目已经取得了很大的进展，通过纺熔工艺可把天丝以液态形式直接加工成非织造布。

● 美国Nature Works公司使用可再生的植物资源为原料制造Ingeo聚乳酸纤维，可用于熔喷和纺粘非织造布的生产，这种非织造布的生产商包括Ahlstrom、Biax-Fiberfilm、Fitesa、Sandler、US Pacifix和温州昌隆公司。该纤维拓宽了聚合物的种类，加工过程中收缩率明显减少。

●Fitesa公司使用双组份纤维制造高性能的非织造布，这种双组分纤维由两种生物基聚合物组成皮芯结构。皮层采用Braskem公司生产的100%生物基聚乙烯，而芯层则是Nature Works公司的Ingeo聚乳酸纤维。由于采用了生物基PE作为皮层，这种非织造布产品非常柔软；而Ingeo纤维芯层又使产品结实耐用。Fitesa公司的这种非织造布产品有各种定量范围，其物理性能可以随时替换现有的双组分纺粘非织造布。天丝和聚乳胶纤维只能成为纸尿裤等行业所使用的部分原料，而随时可替换原有材料的双组分纤维发展潜力巨大。

● Braskem公司还计划生产生物聚丙烯，也是从甘蔗中提取乙醇制成的，与传统聚丙烯具有相同的加工性能和使用性能，最初计划年产能为3万t，也可能会增加。

结论

可再生性原材料的发展为生产企业推出可再生的纸尿裤产品提供了可能，这将很大程度上解决废弃纸尿裤产品的回收问题，未来可再生原料将会得到更大程度的发展。

（钟颖编译自INSIGHT2013论文集，王娟整理）