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1、资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。聚乳酸技术与市场现状及发展前景-聚乳酸 (PLA), 也称聚丙交酯, 是以玉米等富含淀粉的农作物为原料 , 经过现代生物技术合成乳酸 , 再经过特殊的聚合反应过程生成的高分子材料。聚乳酸具有完全可降解性 , 埋入土壤中 6-12 个月即可发生降解 , 聚乳酸制品在使用后可降解成二氧化碳和水。因此 , 聚乳酸是一种真正意义上的能完全降解的生物环保材料 , 被视为继金属材料、 无机材料、 高分子材料之后的”第四类新材料” 。由于聚乳酸树脂具有环境保护、 循环经济、 节约化石类资源、 促进石化产业持续发展等多重效果 , 是近年来开发研究最
2、活跃、 发展最快的生物可降解材料 , 也是当前唯一一种在成本和性能上可与石油基塑料相竞争的植物基塑料。1 概述早在 20 世纪 30 年代末 , 美国、 日本的科学家就开始进行聚乳酸的合成研究 , 但由于原料成本高, 一直未得到推广应用。20 世纪 90 年代以后 , 由于石油短缺和环保压力, 出现了生物环保材料开发热 , 聚乳酸开始进入快速发展时期。美、 日、 欧等国在这方面投入大量资金 , 进行聚乳酸等生物降解塑料生产技术、 加工技术和应用开发的研究。从 20 世纪 90 年代中后期以后 , 有关聚乳酸合成、 催化剂、 应用开发的专利呈快速增长趋势。20 世纪 90 年代后期 , 由于生物
3、发酵技术的进步, 降低了乳酸的生产资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。成本 , 增加了聚乳酸商业化应用的潜力。21 世纪初 , 世界第一套工业化聚乳酸装置建成。CargillDow 聚合物公司投产14 万吨 /年生物法聚乳酸装置, 这是当前世界上规模最大的聚乳酸装置。另外, 德国UhdeInventa-Fischer 公司 、日本 三 井 化学 公 司 、意 大 利Snamprogetti 公司、荷兰 Hycail 公司、德国巴斯夫公司等也开发了聚乳酸生产技术。经过近十年的发展, 聚乳酸产品的性能、价格已接近传统合成树脂。当前 , 聚乳酸已经在包装、医用和纤维等领域获
4、得成功应用。而且 , 随着乳酸生物合成酶催化剂技术、以及工艺技术的不断发展 ,特别是新的低成本适用酶催化剂的发现, 聚乳酸生产成本比工业化初期降低了 2/3 以上。 聚乳酸的价格已能够与PET 聚酯竞争 , 未来几年将可与聚苯乙烯相竞争。另外, 石油价格不断上涨 , 导致石油基树脂价格不断提高 , 也使聚乳酸与传统合成树脂价差减小。随着聚乳酸生产成本与石油基树脂价格越来越接近, 以及聚乳酸应用市场的不断开拓 , 聚乳酸已开始进入产业化发展时期。未来几年内 , 世界聚乳酸产能将有较大发展 ,一些国家正在计划建设更多的聚乳酸装置 , 中国在未来2-3 年内也将有万吨级以上装置建成。2 聚乳酸技术与
5、市场现状2.1 生产工艺聚乳酸的生产过程如下: 先将富含淀粉的农作物转化成葡萄糖溶液 ; 将葡萄糖溶液经过特殊的发酵过程(以生物酶为催化剂)转化成乳酸 ; 经过提纯和浓缩的乳酸采用直接聚合(一步法 )或乳酸资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。脱水环化制成环状二乳酸(丙交酯 ), 环状二乳酸再开环聚合(二步法 )的方法得到聚乳酸 , 见图 1(略 )和图 2(略 )。另外 , 丙交酯也能够和其它单体如乙交酯 (GA) 、 乙酸内酯 (E-CL) 、 乙二醇 (EG)等共聚得到改性聚乳酸。在聚乳酸生产中 , 生物技术主要体现在乳酸单体生产上 , 而由乳酸单体生产乳酸聚合物
6、是常规的聚合物合成技术。 生物法由植物性原料生产乳酸的关键问题是开发高效、低成本酶催化剂。聚乳酸的合成主要有两种方法 : 乳酸直接缩聚法。在真空下乳酸脱水缩聚直接得到聚乳酸 , 该法简单 , 但得到的聚合物分子量较小 ,一般小于5000。直接缩聚法的主要特点是合成的聚乳酸不含催化剂 , 但反应条件相对苛刻 , 近几年来经过技术创新与改进, 直接聚合法取得了一定的进展 , 但当前在工业上还少有应用。二步法,也叫非溶剂法或丙交酯开环聚合法。乳酸先脱水环化生成环状二乳酸 , 再开环缩聚得到聚乳酸 , 该法可得到分子量较高的聚乳酸 , 是当前国内外应用较多的生产方法。 二步法生产聚乳酸关键技术包括 :
7、催化剂和引发剂选择、丙交酯提纯等。2.2 生产能力20 世纪 90 年代末以来 , 世界生物聚合物取得了较大发展 , 已开发于多种基于不同原料的生物聚合物 , 如淀粉聚合物及配混物、 纤维素聚合物、 聚乳酸酯类聚合物、 脂肪族 -芳香族共聚酯等 , 而且新的产品和新的生产技术不断涌现。当前 , 世界生物聚合物生产能力已达 30 余万吨 /年 , 聚乳酸是其中的佼佼者, 产能占各类生物聚合物资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。总产能的 2/3 左右。当前 , 世界聚乳酸生产能力约 20-25 万吨 /年 , 主要生产厂家包括 CargillDow 公司、 Novamon
8、 公司、 三井化学公司、 丰田公司、 Hycail 公司、 UhdeInventaFischer 公司等。 CargillDow 公司是当前最大的聚乳酸生产商, 这一地位将维持至。丰田、Hy-cail 等公司计划增加产能 ,将成为重要的聚乳酸树脂生产商。另外 , 壳牌、 BP和拜耳等公司正在研究或重新考虑利用生物原料生产聚合物和大宗化工产品 , 也具有成为这一市场新竞争者的潜力。当前 , 中国已建成的聚乳酸装置只有几百吨, 但在未来2-3 年内中国聚乳酸产能将会取得较大发展, 将会有万吨级装置建成。当前 , 由于聚乳酸正处于工业化起步阶段, 未来5 年内产能发展很大程度上取决于市场的发展。乐观
9、的预测认为世界聚乳酸产能将达到 110万吨 /年以上 , 比较保守的预测认为将达到55 万吨 /年左右。2.3 性能和市场聚乳酸具有的可降解和环保的特性是该材料最重要的优势: 聚乳酸有良好的生物兼容性和可生物降解性, 能被酸、 碱、生物酶、 微生物等降解 ; 聚乳酸制品使用后能被自然界中微生物完全降解, 用它制成的各种制品在土壤中掩埋3-6个月破碎 ,在微生物分解酶作用下 , 6-12 个月变成乳酸 , 最终变成二氧化碳和水, 不污染环境 , 对保护环境非常有利。聚乳酸属脂肪族聚酯, 具有通用高分子材料的基本特性 : 较好的阻隔性能、透气性能、 透明度和光泽等, 其硬度较高 , 拉伸和弯曲模量
10、高于传统通用树脂。但聚乳酸也有一些性能资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。有待改进 , 如热性能、 水蒸气渗透率等, 另外聚乳酸的柔韧性较差,冲击强度和断裂伸长率均低于通用树脂。进入 21 世纪 , 由于来自资源和环境方面的压力 , 推动聚乳酸等生物降解材料加快了发展步伐 , 美国 14 万吨 / 年规模装置建成 , 进一步促进了聚乳酸应用开发和市场的发展。近年来, 欧美等工业发达国家的聚乳酸应用消费增长很快。据世界最大聚乳酸生产商CargillDow 称 , 近两年该公司用户数量增长了2-3 倍。医用、包装和纤维是三大热门领域, 包装市场消费量约占聚乳酸总消费量的7
11、0%。中长期内 , 聚乳酸的消费结构将发生变化, 虽然聚乳酸在包装市场用量上将有较大幅度增长, 但所占比例呈下降趋势; 纤维和纺织品将成为聚乳酸最大的消费市场, 所占比例将提高到50%。另外 ,汽车和电子市场也将成为聚乳酸的主要应用市场。3)纤维聚乳酸在纤维领域的应用正在受到关注, 未来几年该领域将是聚乳酸增长最快的市场。聚乳酸纤维是由聚乳酸经常规纺丝工艺制得的生物合成纤维, 其物理性能接近锦纶和涤纶, 透气性和手感都好于涤纶 , 不易起静电 , 具有生物兼容性, 舒适性好 , 可制成复丝、单丝、短纤维、针织物、非织造布等 , 特别适合作内衣、外套和袜子 , 以及医用纺织品如医生、护士、病人穿的专门服装和病床的床单等 , 还可用作建筑材料、农业用材等。美国CargillDow公司、杜邦公司、日本钟纺纤维公司、可乐丽公司等均热衷于开发聚乳酸纤维。