過去五年來，生物基材料的關(guān)注度呈現(xiàn)出爆炸式增長的態(tài)勢。

　　尤其是生物基聚合物，作為生物制造產(chǎn)業(yè)中關(guān)鍵一環(huán)、新質(zhì)生產(chǎn)力重點新材料之一，許多備受關(guān)注的企業(yè)，如微構(gòu)工場、藍晶微生物、海正生材、經(jīng)海緯象等都布局在該領(lǐng)域。

　　除了業(yè)界已熟知的PLA、PHA、PEF等材料外，近年來有一種新型生物基材料也嶄露頭角，成為替代石油塑料的有力候選者。

　　那就是生物基vitrimer（類玻璃高分子），這種被發(fā)現(xiàn)不到20年的新材料，正在全球范圍內(nèi)引起廣泛關(guān)注。

　　歐盟正在研究如何將這種材料納入風力渦輪機以減少能源浪費，而美國研究人員則使用它來開發(fā)一種新型的可回收電路板，中國初創(chuàng)企業(yè)已在該領(lǐng)域融資數(shù)百萬美元。

　　是什么讓生物基vitrimer如此特別，又將如何實現(xiàn)商業(yè)化？

　　5年暴漲50倍 神奇的“類玻璃”材料

　　Vitrimer最早由法國科學家在2007年發(fā)明，起初被用于制造航空玻璃等場景，而2020年前后，該領(lǐng)域相關(guān)研究從不足10篇暴漲到將近60篇，引發(fā)了業(yè)界廣泛關(guān)注。

　　
在同行評審期刊上發(fā)表的關(guān)于“biobased vitrimer”的出版物數(shù)量

　　是什么讓生物基vitrimers如此特別？答案是，它們解決了材料科學和工業(yè)中的一個主要問題“如何使材料堅固，同時又能夠多次回收”。

　　在常溫下，生物基vitrimer的形態(tài)類似于堅固、耐熱的熱固性塑料，但在較高溫度下，它們開始流動并變得可加工，就像熱塑性塑料一樣。

　　正如其中文主流譯名“類玻璃高分子”，該材料在高溫下的行為有點類似玻璃：一旦熔化成液態(tài)，它們的分子網(wǎng)絡(luò)就不會失去完整性，這意味著它們可以一遍又一遍地冷卻以形成形狀，每次都像它們是原始材料一樣。

　　在商業(yè)化角度，該特性讓這一材料具有可持續(xù)性，根據(jù)配方的不同，生物基vitrimer甚至能生物降解或堆肥，有利于減少化工行業(yè)對化石燃料的依賴。

　　在原料和制作路徑方面，最熱門的原料選擇是環(huán)氧大豆油（epoxidized soybean oil），除此之外天然桃膠也具備潛力，由此產(chǎn)生的產(chǎn)品有可能取代由石油制成的環(huán)氧樹脂。

　　歐美率先探索 中國企業(yè)已入局

　　目前生物基vitrimer的應(yīng)用探索在歐盟、美國與中國同步展開，且方向有所差異：

　　歐盟：歐盟資助了一項為期3-5年的研發(fā)項目EOLIAN，旨在開發(fā)>60%的生物基vitrimer材料，用于制作陸上和海上風力渦輪機葉片。

　　在該項目中，生物基vitrimer的自愈特性發(fā)揮了作用，這意味著只需在刀片本身中內(nèi)置加熱系統(tǒng)，即可更輕松地從遠處修復(fù)小裂縫。

　　美國：華盛頓大學正在探索一種用vitrimer替代電路板玻璃纖維中的樹脂的方法，被稱為“vPCB”。

　　
左側(cè)為vPCB，中間為玻璃纖維層，右側(cè)為回收的類玻璃體聚合物材料

　　該產(chǎn)品可以通過浸入沸點相對較低的有機溶劑中來回收，從而減少電路板制造的碳足跡和致癌物排放。

　　中國：完成了數(shù)百萬美元的天使輪融資的賦澈生物，正在探索一種新型塑料：生物質(zhì)Vitrimer（類玻璃化環(huán)氧樹脂），其性能與石油基塑料相同，但可回收率高達95%，且回收成本大大降低。

　　這一“未來塑料”在室溫下進入鹽酸環(huán)境即可實現(xiàn)完全解聚，且分解后的生物質(zhì)產(chǎn)品可回收作為新原料，再次進入塑料的使用循環(huán)系統(tǒng)。

　　參考資料：

　　World Bio Market Insights . The new bio-polymers taking green chemistry by storm

　　Alberto Mariania , Giulio Malucelli. Biobased vitrimers: towards sustainability and circularity

　　童善緣, 胡云, 于金尼, 等. 生物基Vitrimer高分子材料的研究進展