马赛开发研究所(IRD)的试验室找到了能够将糖变成乳酸的菌株。通过这种途径生产的乳酸将用以制造可生物降解的塑料。
工业产品的生产商需要可生物降解的塑料,以做产品的包装和日常生活中的一次性用品。最近十年来价格大大降低了的农业原料可以用来制造可生物降解的塑料。这种塑料的技术特性可靠,价格适中。法国在这一领域有多个研究计划正在进行中。进展最快的是阿尔萨斯的埃尔斯坦糖厂的开发计划。
工业生产厂家已经知道如何用玉米淀粉制造可生物降解的塑料。但这种工艺生产成本非常高,除了生产医用塑料之外,在其它领域很少使用。法国东部阿尔萨斯的埃尔斯坦糖厂,马赛“开发研究所”(IRD)和法国东南部的蒙伯利埃大学研制出了一种用甜菜糖制造可降解塑料的工艺。他们的目标是取得一种生产成本较低的聚合物。法国北部亚眠的“糖类开发中心”(CVG)和香槟地区的研究组织“农业工业研究和开发中心”(ARD)也在以同样的思路进行研究。
对可生物降解塑料的新需求
亚眠“糖类开发中心”(CVG)的运作部主任菲利普·德布拉克拉说:“如今,可生物降解的塑料生产再次引起人们的关注。我们是在大约十五年前开始这个课题的研究的,但很快就碰到了生产成本的问题。目前,由于环境保护和废物的再生利用问题,工业界再次有了这方面的需求。”也正是因为如此,法国的好几家研究机构也都再次对这方面的研究课题发生了兴趣。
“埃尔斯坦糖厂”的技术部经理弗朗西·洛朗(Francis
Laurent)解释说:“我们是要为我们生产的原料甜菜糖找到一条出路。我们探索了多种可能的途径,认为可生物降解的塑料可以有很好的市场前景。”五年前开始为非食品市场研究可降解塑料的“埃尔斯坦糖厂”,与研究发酵问题的马赛“开发研究所”联合起来进行研究和开发。
将糖变成乳酸
马赛“开发研究所”的极端环境微生物研究室主任贝尔纳·奥利维耶解释说:“由马赛开发研究所的雅尼克·孔伯-布朗开发的工艺,第一步是通过菌类发酵,把甜菜中的二糖或其结构成份葡萄糖和果糖变成乳酸。”
贝尔纳·奥利维耶领导的研究小组提取出两种具有很好特性的菌株,一种是注册了专利的,在热环境下(55
°C)能够产生大量的乳酸,这一特性使工业生产厂家尤其感兴趣。第二种菌株目前正在注册保护专利。
蒙伯利埃大学负责研究计划中最后工艺阶段的主任研究员米歇尔·维尔说:“将糖变成乳酸后,再通过化学途径,把乳酸分子聚合成乳酸多元酸(也就是用长链连接起来),以形成塑料原料。这种塑料可以在自然环境中生物降解,并可由生物吸收。”这种生产工艺目前正在申请专利保护。贝尔纳·奥利维耶强调说:“这种作法的好处是可以利用工业制糖工序的下脚料贫糖废液来生产塑料。”
机械生产工艺
香槟地区兰斯的“农业工业研究和开发中心”(ARD),包装业工程师学院的研究室“材料和包装研究开发中心”(CERME)最近为一种采用粮食生产可生物降解的新材料的生产工艺注册了专利。“农业工业研究和开发中心”的农业材料负责人尼古拉·博吉翁和“材料和包装研究开发中心”的研究员吕克·阿维鲁解释说:“这种新材料是将塑化小麦淀粉和一种聚合物组合在一起取得的。该种聚合物可以利用生物工程(发酵)制造,也可以通过合成而取得。塑化淀粉具有热塑性能,可以用常规的工艺成形(挤压,注射等等),但这种材料不能单独使用,因为它极容易溶解于水。新开发的工艺将淀粉与另一种聚合物组合在一起,通过一种共同挤压的技术,做成多层形式的材料。这样,新的材料可以具有两种结构成份的特点,淀粉的成本低,聚合物的技术特性稳定。”这种新材料已经由生产水果包装的厂家做了测试,目前正处在新的开发过程中。
亚眠的“糖类开发中心”(CVG)目前也在研究利用小麦淀粉制造可生物降解的塑料。估计在2003年能够生产出供销售的产品。工业生产过程不采用发酵工艺,而是采用一种机械物理的工艺方法。该种生产工艺目前正在申请保护专利,“糖类开发中心”不希望在现阶段披露。“现在,新产品的物理和机械特性要可靠的多了”,菲利普·德布拉克拉说。
市场可以接受的成本
米歇尔·维尔认为:“可生物降解的塑料具有很多潜在的应用,包括所有现在使用不可降解的塑料的领域,比如塑料刀具,食品包装,纺织纱线,等等。我们在试验室中已经制造出这种类型的聚合物,并且已经应用于处科手术和制药业。比如设立在格雷诺布尔附近的Phusis公司便在用这种材料制造骨科外科手术中使用的可生物降解的固定板和螺丝。”
这些产品的价格很贵,虽然在医学领域还能够为人接受,但作为日常用途,比如象食品包装或超级市场的塑料袋,其高昂的成本就很难让人接受。
贝尔纳·奥利维耶说:“我们的研究目的一方面是使用尽可能少的酵母生产尽可能多的乳酸,以降低成本,另一方面是优化通过化学途径对乳酸的聚合过程。我们实际上是在寻找一种工艺,能够减少某些工序,从而减少成本。”
尼古拉·博吉翁也说:“我们使用价格不是太高的淀粉作为原料,可以制造出价格适中的可生物降解的产品,用以生产食品包装袋。”一些谷物生产者也持同样的看法,并在支持某些研究计划。他们认为,可生物降解的塑料在将来可以成为法国生产的谷物的一个重要出路。
埃尔斯坦糖厂及其合作伙伴开发的工艺比目前使用的其它工艺更加经济,而且污染小,因为生产产生的残留物只有水和碳酸气。
食品纸的塑料保护
糖类开发中心(CVG)也在开发可生物降解的产品,以代替目前用来保护和加强食品纸的不可降解的塑料产品。目前的塑料是用矿物产品为原料生产的氟化聚合物。糖类开发中心的运作部主任菲利普·德布拉克拉说:“新产品是用植物胶和植物或动物蛋白制造的。这些研究计划的成果将注册国际专利,不久即可制造出可供销售的产品。”