聚乳酸技術(shù)與市場(chǎng)現(xiàn)狀及發(fā)展前景

1、資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)或者侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系改正或者刪除。聚乳酸技術(shù)與市場(chǎng)現(xiàn)狀及發(fā)展前景-聚乳酸 (PLA), 也稱聚丙交酯, 是以玉米等富含淀粉的農(nóng)作物為原料 , 經(jīng)過(guò)現(xiàn)代生物技術(shù)合成乳酸 , 再經(jīng)過(guò)特殊的聚合反應(yīng)過(guò)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 個(gè)月即可發(fā)生降解 , 聚乳酸制品在使用后可降解成二氧化碳和水。因此 , 聚乳酸是一種真正意義上的能完全降解的生物環(huán)保材料 , 被視為繼金屬材料、 無(wú)機(jī)材料、 高分子材料之后的”第四類新材料” 。由于聚乳酸樹(shù)脂具有環(huán)境保護(hù)、 循環(huán)經(jīng)濟(jì)、 節(jié)約化石類資源、 促進(jìn)石化產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展等多重效果 , 是近年來(lái)開(kāi)發(fā)研究最

2、活躍、 發(fā)展最快的生物可降解材料 , 也是當(dāng)前唯一一種在成本和性能上可與石油基塑料相競(jìng)爭(zhēng)的植物基塑料。1 概述早在 20 世紀(jì) 30 年代末 , 美國(guó)、 日本的科學(xué)家就開(kāi)始進(jìn)行聚乳酸的合成研究 , 但由于原料成本高, 一直未得到推廣應(yīng)用。20 世紀(jì) 90 年代以后 , 由于石油短缺和環(huán)保壓力, 出現(xiàn)了生物環(huán)保材料開(kāi)發(fā)熱 , 聚乳酸開(kāi)始進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期。美、 日、 歐等國(guó)在這方面投入大量資金 , 進(jìn)行聚乳酸等生物降解塑料生產(chǎn)技術(shù)、 加工技術(shù)和應(yīng)用開(kāi)發(fā)的研究。從 20 世紀(jì) 90 年代中后期以后 , 有關(guān)聚乳酸合成、 催化劑、 應(yīng)用開(kāi)發(fā)的專利呈快速增長(zhǎng)趨勢(shì)。20 世紀(jì) 90 年代后期 , 由于生物

3、發(fā)酵技術(shù)的進(jìn)步, 降低了乳酸的生產(chǎn)資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)或者侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系改正或者刪除。成本 , 增加了聚乳酸商業(yè)化應(yīng)用的潛力。21 世紀(jì)初 , 世界第一套工業(yè)化聚乳酸裝置建成。CargillDow 聚合物公司投產(chǎn)14 萬(wàn)噸 /年生物法聚乳酸裝置, 這是當(dāng)前世界上規(guī)模最大的聚乳酸裝置。另外, 德國(guó)UhdeInventa-Fischer 公司 、日本 三 井 化學(xué) 公 司 、意 大 利Snamprogetti 公司、荷蘭 Hycail 公司、德國(guó)巴斯夫公司等也開(kāi)發(fā)了聚乳酸生產(chǎn)技術(shù)。經(jīng)過(guò)近十年的發(fā)展, 聚乳酸產(chǎn)品的性能、價(jià)格已接近傳統(tǒng)合成樹(shù)脂。當(dāng)前 , 聚乳酸已經(jīng)在包裝、醫(yī)用和纖維等領(lǐng)域獲

4、得成功應(yīng)用。而且 , 隨著乳酸生物合成酶催化劑技術(shù)、以及工藝技術(shù)的不斷發(fā)展 ,特別是新的低成本適用酶催化劑的發(fā)現(xiàn), 聚乳酸生產(chǎn)成本比工業(yè)化初期降低了 2/3 以上。 聚乳酸的價(jià)格已能夠與PET 聚酯競(jìng)爭(zhēng) , 未來(lái)幾年將可與聚苯乙烯相競(jìng)爭(zhēng)。另外, 石油價(jià)格不斷上漲 , 導(dǎo)致石油基樹(shù)脂價(jià)格不斷提高 , 也使聚乳酸與傳統(tǒng)合成樹(shù)脂價(jià)差減小。隨著聚乳酸生產(chǎn)成本與石油基樹(shù)脂價(jià)格越來(lái)越接近, 以及聚乳酸應(yīng)用市場(chǎng)的不斷開(kāi)拓 , 聚乳酸已開(kāi)始進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化發(fā)展時(shí)期。未來(lái)幾年內(nèi) , 世界聚乳酸產(chǎn)能將有較大發(fā)展 ,一些國(guó)家正在計(jì)劃建設(shè)更多的聚乳酸裝置 , 中國(guó)在未來(lái)2-3 年內(nèi)也將有萬(wàn)噸級(jí)以上裝置建成。2 聚乳酸技術(shù)與

5、市場(chǎng)現(xiàn)狀2.1 生產(chǎn)工藝聚乳酸的生產(chǎn)過(guò)程如下: 先將富含淀粉的農(nóng)作物轉(zhuǎn)化成葡萄糖溶液 ; 將葡萄糖溶液經(jīng)過(guò)特殊的發(fā)酵過(guò)程(以生物酶為催化劑)轉(zhuǎn)化成乳酸 ; 經(jīng)過(guò)提純和濃縮的乳酸采用直接聚合(一步法 )或乳酸資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)或者侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系改正或者刪除。脫水環(huán)化制成環(huán)狀二乳酸(丙交酯 ), 環(huán)狀二乳酸再開(kāi)環(huán)聚合(二步法 )的方法得到聚乳酸 , 見(jiàn)圖 1(略 )和圖 2(略 )。另外 , 丙交酯也能夠和其它單體如乙交酯 (GA) 、 乙酸內(nèi)酯 (E-CL) 、 乙二醇 (EG)等共聚得到改性聚乳酸。在聚乳酸生產(chǎn)中 , 生物技術(shù)主要體現(xiàn)在乳酸單體生產(chǎn)上 , 而由乳酸單體生產(chǎn)乳酸聚合物

6、是常規(guī)的聚合物合成技術(shù)。 生物法由植物性原料生產(chǎn)乳酸的關(guān)鍵問(wèn)題是開(kāi)發(fā)高效、低成本酶催化劑。聚乳酸的合成主要有兩種方法 : 乳酸直接縮聚法。在真空下乳酸脫水縮聚直接得到聚乳酸 , 該法簡(jiǎn)單 , 但得到的聚合物分子量較小 ,一般小于5000。直接縮聚法的主要特點(diǎn)是合成的聚乳酸不含催化劑 , 但反應(yīng)條件相對(duì)苛刻 , 近幾年來(lái)經(jīng)過(guò)技術(shù)創(chuàng)新與改進(jìn), 直接聚合法取得了一定的進(jìn)展 , 但當(dāng)前在工業(yè)上還少有應(yīng)用。二步法,也叫非溶劑法或丙交酯開(kāi)環(huán)聚合法。乳酸先脫水環(huán)化生成環(huán)狀二乳酸 , 再開(kāi)環(huán)縮聚得到聚乳酸 , 該法可得到分子量較高的聚乳酸 , 是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用較多的生產(chǎn)方法。 二步法生產(chǎn)聚乳酸關(guān)鍵技術(shù)包括 :

7、催化劑和引發(fā)劑選擇、丙交酯提純等。2.2 生產(chǎn)能力20 世紀(jì) 90 年代末以來(lái) , 世界生物聚合物取得了較大發(fā)展 , 已開(kāi)發(fā)于多種基于不同原料的生物聚合物 , 如淀粉聚合物及配混物、 纖維素聚合物、 聚乳酸酯類聚合物、 脂肪族 -芳香族共聚酯等 , 而且新的產(chǎn)品和新的生產(chǎn)技術(shù)不斷涌現(xiàn)。當(dāng)前 , 世界生物聚合物生產(chǎn)能力已達(dá) 30 余萬(wàn)噸 /年 , 聚乳酸是其中的佼佼者, 產(chǎn)能占各類生物聚合物資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)或者侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系改正或者刪除?？偖a(chǎn)能的 2/3 左右。當(dāng)前 , 世界聚乳酸生產(chǎn)能力約 20-25 萬(wàn)噸 /年 , 主要生產(chǎn)廠家包括 CargillDow 公司、 Novamon

8、 公司、 三井化學(xué)公司、 豐田公司、 Hycail 公司、 UhdeInventaFischer 公司等。 CargillDow 公司是當(dāng)前最大的聚乳酸生產(chǎn)商, 這一地位將維持至。豐田、Hy-cail 等公司計(jì)劃增加產(chǎn)能 ,將成為重要的聚乳酸樹(shù)脂生產(chǎn)商。另外 , 殼牌、 BP和拜耳等公司正在研究或重新考慮利用生物原料生產(chǎn)聚合物和大宗化工產(chǎn)品 , 也具有成為這一市場(chǎng)新競(jìng)爭(zhēng)者的潛力。當(dāng)前 , 中國(guó)已建成的聚乳酸裝置只有幾百噸, 但在未來(lái)2-3 年內(nèi)中國(guó)聚乳酸產(chǎn)能將會(huì)取得較大發(fā)展, 將會(huì)有萬(wàn)噸級(jí)裝置建成。當(dāng)前 , 由于聚乳酸正處于工業(yè)化起步階段, 未來(lái)5 年內(nèi)產(chǎn)能發(fā)展很大程度上取決于市場(chǎng)的發(fā)展。樂(lè)觀

9、的預(yù)測(cè)認(rèn)為世界聚乳酸產(chǎn)能將達(dá)到 110萬(wàn)噸 /年以上 , 比較保守的預(yù)測(cè)認(rèn)為將達(dá)到55 萬(wàn)噸 /年左右。2.3 性能和市場(chǎng)聚乳酸具有的可降解和環(huán)保的特性是該材料最重要的優(yōu)勢(shì): 聚乳酸有良好的生物兼容性和可生物降解性, 能被酸、 堿、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, 用它制成的各種制品在土壤中掩埋3-6個(gè)月破碎 ,在微生物分解酶作用下 , 6-12 個(gè)月變成乳酸 , 最終變成二氧化碳和水, 不污染環(huán)境 , 對(duì)保護(hù)環(huán)境非常有利。聚乳酸屬脂肪族聚酯, 具有通用高分子材料的基本特性 : 較好的阻隔性能、透氣性能、 透明度和光澤等, 其硬度較高 , 拉伸和彎曲模量

10、高于傳統(tǒng)通用樹(shù)脂。但聚乳酸也有一些性能資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)或者侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系改正或者刪除。有待改進(jìn) , 如熱性能、 水蒸氣滲透率等, 另外聚乳酸的柔韌性較差,沖擊強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率均低于通用樹(shù)脂。進(jìn)入 21 世紀(jì) , 由于來(lái)自資源和環(huán)境方面的壓力 , 推動(dòng)聚乳酸等生物降解材料加快了發(fā)展步伐 , 美國(guó) 14 萬(wàn)噸 / 年規(guī)模裝置建成 , 進(jìn)一步促進(jìn)了聚乳酸應(yīng)用開(kāi)發(fā)和市場(chǎng)的發(fā)展。近年來(lái), 歐美等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的聚乳酸應(yīng)用消費(fèi)增長(zhǎng)很快。據(jù)世界最大聚乳酸生產(chǎn)商CargillDow 稱 , 近兩年該公司用戶數(shù)量增長(zhǎng)了2-3 倍。醫(yī)用、包裝和纖維是三大熱門領(lǐng)域, 包裝市場(chǎng)消費(fèi)量約占聚乳酸總消費(fèi)量的70%。中長(zhǎng)期內(nèi) , 聚乳酸的消費(fèi)結(jié)構(gòu)將發(fā)生變化, 雖然聚乳酸在包裝市場(chǎng)用量上將有較大幅度增長(zhǎng), 但所占比例呈下降趨勢(shì); 纖維和紡織品將成為聚乳酸最大的消費(fèi)市場(chǎng), 所占比例將提高到50%。另外 ,汽車和電子市場(chǎng)也將成為聚乳酸的主要應(yīng)用市場(chǎng)。3)纖維聚乳酸在纖維領(lǐng)域的應(yīng)用正在受到關(guān)注, 未來(lái)幾年該領(lǐng)域?qū)⑹蔷廴樗嵩鲩L(zhǎng)最快的市場(chǎng)。聚乳酸纖維是由聚乳酸經(jīng)常規(guī)紡絲工藝制得的生物合成纖維, 其物理性能接近錦綸和滌綸, 透氣性和手