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隨著全球氣候變暖，冰川加速融化，不僅森林火災愈演愈烈，石油資源也日漸枯竭，以石油為原料的油漆和涂料及油墨產品，在制造過程中不但消耗著寶貴的石化資源，還會向空氣中排放大量的有害氣體。因此，發展環境友好型涂料尤其是水性涂料，成為涂料行業的主要發展方向。

但是，水性涂料仍然使用以石油單體為原料的合成乳液，尋求替代石油的其它資源作為合成高分子材料的原料來源變得更為重要涂料在線coatingol.com。人們普遍希望能夠擺脫石化原料，以減少建筑物內外空氣污染。毫無疑問，采用天然成膜物質和天然纖維填料開發出具有真正意義上的環保型涂料，是實現可持續發展的一個重要途徑，而生物基材料的出現將給涂料產品的發展帶來新的方向。

01生物基的興起

生物基是指利用可再生物質，包括除糧食以外的農作物、樹木及其它植物及其殘體和內含物為原料，通過生物、化學以及物理等方法制造的一類新材料。

近年來，生物基化學品和可產生資源已經成為大型跨國企業競爭的焦點，具有優勢的是那些早期開發可持續性化學品的先驅者。在整個歐洲，涂料和其它行業正在建立越來越多的循環鏈。從農場到加工廠最終擴展到用戶。在那里，產品被回收利用，使他們的化學品和材料可以重復使用。

生物基產品及綠色能源的研究已經成為世界科技領域的前沿，世界各國都在積極推動，也為其市場的迅速拓展創造了有利空間。2020 年，在歐洲和北美，生物基溶劑的產量已達到410 萬噸，銷售額達到70 億歐元。

據USDA 的研究報告，到2025 年，生物基化學品將占據22% 的全球化學品市場，生物基化學品的產值將超過5000億美元/年。

02含苞欲放的生物基涂料

在我國，相關部門印發的《十三五生物產業發展規劃》、《十三五生物技術創新專項規劃》及生物制造相關規劃中，提出了要加快生物產業創新發展步伐、培育生物經濟新動力的重要任務。

美國在2012 年提出的“國家生物經濟藍圖”中，將發展生物基產品作為發展生物經濟的主要內容之一。歐盟實施“地平線2020”計劃；“可持續工業”計劃；“生物基產業聯合企業”計劃。通過這三大計劃，歐盟生物基產業進入全新發展階段。到2030 年，歐盟將有30% 的石化衍生化學品被生物基和可生物降解替代品取代。

圖片

03生物基涂料行業動態

生物基材料主要來源于植物，市場上許多生物基涂料的材料，主要是從植物油中提取的水基乳化醇酸聚合物和從農作物發酵糖中提取的生物石腦油合成的水基分散聚合物。

2017 年，巴斯夫、科思創和奧迪一起合作，開發出第一款以生物基固化劑為原料制作的汽車清漆。同年，PPG 與帝斯曼合作推出可降解生物基內墻涂料——Sigma Air Pure。

科思創也推出了新型固化劑“De smolur eco N7300”，此系戊二胺（ PDA）制備的PDI；PDA 用飼料玉米淀粉制成，通過專門的微生物對飼料玉米淀粉進行酶致轉化，由此合成戊二異氰酸酯，在工藝上僅需兩步，而一般石化產品HDI合成需要四步，前者比后者在性能上具有一定的優勢，且做成的樹脂粘度較低，從而可代替HDI 來制成高性能聚氨酯涂料。

此外，還有許多利用生物基技術的先例：

◆ 利用生物基可再生材料如二氧化碳、植物等制造生物基苯胺、固化劑、溶劑等，可減少對石油資源的依賴。

◆ 利用腰果殼榨取殼液液體制成環氧樹脂用高性能的雙組分常溫固化用固化劑；方法是將腰果殼液與醛類、多元胺類進行曼尼期反應，制得的腰果酚醛胺固化劑能使環氧樹脂在低溫、潮濕、有時還帶銹的金屬表面上涂裝并固化成膜，性能勝過環氧樹脂常用的聚酰胺類固化劑。該固化劑原料來源豐富，是腰果殼下腳，并可再生，用其制造固化劑工藝簡易方便，無需特殊工業設備。

◆ 環氧化大豆油/ 棉籽油/ 菜油可與丙烯酸加成形成光固化涂料，且又可作為環氧活性稀釋劑與胺固化，還可與酸、酸酐進行固化，其開環后形成的羥基可與異氰酸酯或氨基樹脂進行固化，與二氧化碳反應可生成環碳酸酯，可與伯胺反應生成非異氰酸酯固化的聚氨酯樹脂等等。

以玉米、大米、甘薯等淀粉質原料，經生物發酵，形成乳酸，再在催化劑作用下，合成丙交酯，用于醇酸樹脂中可明顯縮短干燥時間，還可作為聚酯原料，進行開環聚合，形成可降解樹脂。

◆ 常州涂料化工研究院的陳力、張漢青等人采用二聚酸與生物基材料戊二胺合成了一種非離子型水性低溫環氧固化劑。這種新型的水性聚酰胺固化劑，系橘黃色半透明液體，粘度適中，適用期長，穩定性好，它與水性環氧乳液可在室溫固化成膜，其涂膜具有良好的柔韌性、附著力、鉛筆硬度等物理性能以及耐水性、耐酸堿、耐鹽霧等化學穩定性，可用于水性環氧地坪，汽車零部件、工程機械等工業防腐領域。

◆ 最近，德國弗勞恩霍夫應用聚合物研究所成功開發出基于可再生原料馬鈴薯淀粉等制成可再生防腐涂料，可用于金屬材料以及防火門、計算機外殼等物的防護涂料。

◆ 在國內，深圳海川新材料使用了天然可再生材料，經過特殊的生物改性技術，研發出生物基天然水性分散體——海川天然植物草本乳液。該乳液以改性植物油為主，其中聚合天然植物油含量占60%-80%；具有原料來源可再生、產物可生物降解的特點，降解后的產物環境友好，對環境無污染、乳液性能優異，可替代石油基乳液，廣泛適用于水性涂料和油墨。

04生物基涂料研發情況

在歐洲，由于價格較高，需求增加，生物基涂料正變得越來越流行，在歐洲的不同地區之間，生物基涂料的需求發展程度差異很大。

其中兩個國家較為突出，但原因卻截然不同。一是在荷蘭，2016 年7 月，該國實施了可持續發展公開招標采購目錄，其中指出：“所供應產品中生物基原料和可回收原料的比例越高，標價就越高。”這就更有利于考慮生物基解決方案。該目錄適用于各種項目，包括道路建設、海上項目、園林綠化、建筑等。

二是在瑞士，則采取了另一種辦法。采用的是標簽制度來確保基于可再生原料的涂料和清漆的銷售。若要獲得瑞士環境標簽中最高級別的兩類標簽，則必須證明所產涂料和清漆中含95%的可再生原料。該標簽還授予膠粘劑、木器防腐劑、灰泥和填料。標簽還設置了最低性能要求（例如耐濕磨損性或對比率），確保了在用戶中的高接受度。

在國內，有關生物基涂料的研發也層出不窮：

◆ 三棵樹易清潔內墻漆最近，三棵樹涂料發明了一種“植物基防醛抗菌易清潔內墻漆”。該發明中的植物基乳液主要是由植物秸稈提取的木質纖維通過發酵過濾后得到生物基單體、通過乳液聚合的方法引入酮類結構制成生物基乳液。

該發明采用植物基乳液與氯化法鈦白粉、片層結構滑石粉、硅微粉等協同形成相對致密的表面結構，能夠顯著提高墻漆的抗污漬能力和耐擦洗能力，耐擦洗性能高于30000 次。彌補了在墻漆領域，對于植物基乳液在抗污除甲醛應用的空白。

據悉，該發明使用的植物基乳液中，包含有34% 以上的植物提取材料，能夠有效降低礦物石油、煤油基材料的使用，具有可再生性、容易降解、對環境無污染、對人體無傷害的特點。

◆ 多樂士森呼吸天然植本漆該產品通過萃取玉米、木薯等植物的可食用部分，替代乳液中的部分石油衍生物，從源頭上保證成分的天然安全。

◆ 立邦原生植萃漆該產品采用新技術“生物質平衡方案(Biomass BalonceApproach)”，將原生植萃漆生產過程中使用的石油資源100%替換為棕櫚，這款來自北歐森林的可再生資源使用后，能保持涂料性能不變。

◆ 晨陽植潤兒童漆2020 年5 月，晨陽漆推出了最新研發的植潤兒童水漆。該產品是由晨陽水漆聯合帝斯曼（DSM）共同開發，采用了植物基乳液，含有豐富的天然植物成分，用更安全的植物可再生資源替代涂料中的石油資源( 生物基物質含量30% 以上），經過近三年的研發，20000 多次反復試驗，突破了植物基原料技術與晨陽水漆凈味、抗污等多項核心技術的兼容問題。

◆ PPG 生物基內墻涂料該產品是基于帝斯曼的De covery 生物基技術，通過使用該樹脂技術平臺，開發了一種滿足PPG 的 Sig ma Air pure 設想具體要求的樹脂。該樹脂由可再生資源制成，如糖、天然油、玉米淀粉和農業廢棄物。這些天然材料在很大程度上取代了傳統溶劑型和水性涂料粘合劑樹脂所用的石油產品。

05生物基涂料的發展關系

應該看到，并非所有來自可再生資源的原料都具有可持續發展性。選擇任何可再生材料并改用它，并不是正確的方法，避免原料與食品和飼料生產競爭才是至關重要的。幾年前，歐盟委員會就認識到必須促進生物基循環經濟的發展，并與化工行業一起推出了歐盟生物基產業聯合計劃（BBI-JU）。自2014 年以來，這項37 億歐元的政府- 社會資本合作計劃一直致力于生物基原料的開發，但仍然存在一些影響可持續發展的問題。

專家認為，當前可能會影響生物基涂料的發展，但從長遠來看，這也是一個巨大的機會，可以化危為機，推動價值鏈戰略。不少國家正在評估通過特定的計劃，提出刺激本國經濟的辦法，其中，一些計劃旨在推動可持續發展的解決方案，這將會是一個很大的機遇。基于此，在做出決策時，需要考慮成本- 性能- 可持續發展的三角關系。

一個因素是成本問題。石油是一種價格波動非常大的原材料，當然可再生原材料也容易受到價格波動的影響，不過這些波動通常沒那么明顯。在短時間內，成本依舊是制約生物基涂料規模發展的一個重要因素。

另一個因素是性能問題。生物基涂料要想規模發展，不僅有來自成本的挑戰，還有應用的挑戰。因為生物基涂料大都取自天然植物，例如大豆油和蓖麻油，避免不了存在顏色的問題，不太適用于清漆；還有是粘度比較高，施工上會存在一些缺陷。

在短期內，企業若仍然以直接替代的原則使用原材料，在使用石化原料的現有設備來生產生物基原料會帶來不便。巴斯夫公司是采用生物質平衡工藝的主要公司，這提供了進行快速、廉價轉換的機會。專家指出，當材料和質量保持不變的同時，客戶會立即轉向使用生物質平衡工藝的產品，而無需重新認證。

BBU-JU 聯合會表示，從2010 年到2015 年，用于生產材料的生物質使用量總體增長了5.6%；其中，生物基化學品領域，實現了最高的相對增長率( 上漲48.4%）。如果以這樣的速度繼續開展，就會看到更綠色的涂料行業。未來，如果生物基原料產品在技術性能上具有競爭力，并且能夠提供比僅僅是“綠色或可持續發展”更多的性能，那么生物基原料就可以得到合理的市場地位。

目前，包括PPG、立邦、晨陽、三棵樹等都已在市場上推出了生物基涂料，這些新型涂料，對“生物基”的認證標準是什么樣的，還不太明確。據悉，晨陽植潤水漆與多樂士森呼吸植本漆通過的是美國農業部生物基認證；立邦原生植萃漆是獲得TUV 南德意志集團(TUV SUD ) 中國第一張可再生資源認證證書。

迄今為止，生物基涂料的標準還是一般涂料的標準。2020年10月15日，我國工信部公布了545 項行業標準、33 項推薦性國家標準和10 項行業標準外文版計劃項目，其中包括由中海油常州涂料化工研究院有限公司、陶氏化學( 中國）有限公司主要起草的《生物基乳液內墻涂料》行業標準在列，該標準為推薦標準，計劃在2021 年完成制定。

06 結語

在全球氣候變化加劇的現實背景下，人類應該找到兼容發展與控制碳排放的解決方案。2020 年9 月，我國宣布“二氧化碳排放力爭2030 年前達到峰值，努力爭取2060 年前實現碳中和”。低碳化對我們轉變經濟發展方式將是一個非常嚴格的倒逼機制，對中國的經濟結構、技術選擇，影響都將是顛覆性的。

生物基高分子材料由于具有減碳和固碳的作用，對實現國家碳中和戰略具有重大支撐作用。生物基涂料雖然尚未在工業中廣泛使用，還處于發展的起步階段，但它仍然是邁向可持續發展涂層工藝的重要一步。從長遠看，開發全新的生物基原料非常重要；特別是與傳統涂料相比，這些生物基涂料具有更加優越的性能，將會逐漸在市場上占主導地位。筆者相信，在環境壓力和政策引導下，涂料行業將會逐步向這個方向邁進。生物基涂料的這朵蓓蕾必將在全行業盛開、綻放。