聚乳酸的應用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

聚乳酸的應用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

自20世紀初以來，塑料逐漸發(fā)展成為一種廣泛應用于所有領(lǐng)域的材料。然而,由于塑料的不可降解性,塑料的廣泛應用,特別是塑料覆蓋物的使用和丟棄對我們的生態(tài)系統(tǒng)造成了嚴重威脅。此外,塑料主要來源于石油類不可再生資源,塑料的大量使用勢必引起嚴重的能源和人類生存危機,因此,來源于可再生資源的生物降解塑料應運而生,其重要性不言而喻。生物降解塑料指的是塑料在使用后能夠在自然環(huán)境下逐漸降解,最終以小分子的形式進入自然界。聚乳酸(PLA),是脂肪族中最典型的一種生物降解塑料,聚乳酸材料具有完全可降解性,在自然界中微生物的作用下能徹底分解成水和二氧化碳,因而對環(huán)境沒有危害,克服了化工塑料的最大弊病。另外,聚乳酸來源于可再生資源(例如玉米),所以可減少不可再生的石化產(chǎn)品的消耗,進而緩解人類資源危機。聚乳酸不但具有一般高分子材料所具有的基本特性,而且應用特性更為優(yōu)良,這使得聚乳酸極易改性以滿足各種需要。應用面十分廣闊,涵蓋醫(yī)藥、人造骨骼、人造皮膚、手術(shù)骨釘、手術(shù)縫合線、包裝材料、日用塑料制品、紡織面料、農(nóng)用地膜、地毯、家用裝飾品等。聚乳酸已成為國內(nèi)的研究開發(fā)熱點目前研究降解塑料的主要國家有美國、德國、日本、中國等。國外許多發(fā)達國家在研究降解塑料方面投入了大量資金。目前能夠生產(chǎn)聚乳酸產(chǎn)品的只有美國的Cargill-Dow公司(2005年2月Dow化學公司退出股權(quán),更名為NatureWorks公司),美國Cargill公司和Dow化學公司在聚乳酸全生物降解塑料方面作出了突出的貢獻。Cargill-Dow聚合物公司于2001年11月在美國內(nèi)布拉斯加州Blair投產(chǎn)興建了年產(chǎn)14萬t聚乳酸裝置,這是迄今為止世界上最大的聚乳酸生產(chǎn)裝置。并將該產(chǎn)品應用到包裝和紡織行業(yè),其性能已經(jīng)可以與石油生產(chǎn)的聚酯產(chǎn)品相媲美。他們的宗旨是進行有關(guān)降解材料合成、加工工藝、降解試驗、測試技術(shù)和方法標準體系的建立。這一實際效果大大地推動了世界范圍的聚乳酸技術(shù)開發(fā)和應用研究。聚乳酸已成為當今世界范圍的研究開發(fā)熱點。日本通產(chǎn)省已將生物降解塑料作為繼金屬材料、無機材料、高分子材料之后的“第四類新材料”,并撥?？钪С稚锝到馑芰系拈_發(fā)。歐洲Bhre-Euran對生物降解塑料投資200萬美元,用于跨國研究和開發(fā),并計劃建立完善的降解評價體系。近年來,在發(fā)達國家中以全生物降解塑料的研究最為活躍。在日本,很多公司(如尤尼吉卡公司、鐘紡公司、三井化學公司)也都在進行這方面的開發(fā),規(guī)模為幾千噸至幾萬噸,但主要致力于應用市場的開發(fā);日本東麗公司已和CargillDow公司合作從事紡絲生產(chǎn)。國內(nèi)目前致力于聚乳酸大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的企業(yè)有上海同杰良生物材料有限公司、浙江海政藥業(yè)公司等企業(yè)。其中上海同杰良生物材料有限公司承擔的聚乳酸項目列入2004年上海市首批“科教興市”重大科技產(chǎn)業(yè)化計劃項目。雖然目前國內(nèi)聚乳酸的應用十分有限,產(chǎn)業(yè)化正處于萌芽狀態(tài)。但隨著國內(nèi)乳酸技術(shù)的提高和產(chǎn)業(yè)化進程的發(fā)展,聚乳酸研究技術(shù)的提高和信息交流的相互影響,國人關(guān)注和重視聚乳酸技術(shù)的研發(fā)熱情和投資熱情將會迅速提高,從玉米-乳酸-聚乳酸-各類生物降解產(chǎn)品,這一巨大的產(chǎn)業(yè)鏈將會在未來幾年中在我國形成。聚乳酸也將在這一發(fā)展過程中得到發(fā)展。聚乳酸產(chǎn)品的應用聚乳酸產(chǎn)品的應用面十分廣闊,根據(jù)不同用途可聚合成各種不同分子量的材料,分子量最高可達幾百萬。在現(xiàn)代生物醫(yī)藥行業(yè)中,藥物微粒緩釋膠囊、人造骨骼、人造皮膚、手術(shù)骨釘、手術(shù)縫合線等聚乳酸產(chǎn)品已得到廣泛應用。除了在醫(yī)用領(lǐng)域的應用外,聚乳酸產(chǎn)品的市場發(fā)展的主要方向是在日用高分子材料的應用方面,只有當聚乳酸應用到這些價格低、產(chǎn)量大的領(lǐng)域,如包裝材料、日用塑料制品、一次性醫(yī)用耗品、紡織面料、農(nóng)用地膜、地毯、家用裝飾品等時,才能發(fā)揮其環(huán)境友好材料的真正作用。廢棄物的產(chǎn)生量近年來中國包裝用塑料已超過400萬t。據(jù)有關(guān)部門預測,2005年中國塑料包裝材料需求量將達到500萬t,按其中30%為難以收集的一次性塑料包裝材料和制品計算,則廢棄物產(chǎn)生量達150萬t;另據(jù)統(tǒng)計,我國每年消費快餐盒大約60億只左右、方便面碗50億只。今后,我國的包裝垃圾將以每年3%～5%的速度遞增。其中廢棄物的5%～10%使用聚乳酸及共混產(chǎn)品,市場的需求量就有7.5萬～15萬t。聚乳液酸用于農(nóng)業(yè)膜的應用中國可覆蓋地膜的面積為5億多畝,加上育苗缽、農(nóng)副產(chǎn)品保鮮材料等預計需求量將達到100萬t。聚乳液酸在日常藥物中的應用在一次性日用雜品中一部分是難以收集或不宜回收利用的,預計其需求量達70萬t。聚乳液酸用于一次性醫(yī)療材料的應用在一次性醫(yī)療材料中不宜回收利用的部分,預計其需求量達30萬t。人造骨骼、人造皮膚、手術(shù)骨釘和縫合預計其需求量達5萬～10萬t。plaa纖維連續(xù)生產(chǎn)線美國生產(chǎn)PLA的Cargill-Dow公司與日本鐘紡公司、日本尤吉卡公司、日本可樂麗公司等合作建成了PLA纖維連續(xù)生產(chǎn)線,紡絲方法和傳統(tǒng)的滌綸或錦綸類似,主要產(chǎn)品有長絲、短纖紗和混紡紗。預計在2005年我國的滌綸長絲的需求量將達到500萬t左右,假設(shè)PLA纖維取代滌綸長絲的1%,就有5萬t,如取代3%～5%就將達到15萬～25萬t。聚乳酸產(chǎn)業(yè)鏈的形成目前國內(nèi)已開始大力實施沙漠治理、荒山植樹種草、城市規(guī)劃以及各類護坡、固土工程等,一次性塑料制品的使用量將大增,這對PLA降解塑料來說也是一個良好的機遇。綜上所述,我國聚乳酸的潛在市場將達250萬t以上。聚乳酸不僅應用在通用高分子材料領(lǐng)域(如包裝材料、紡織纖維等),而且還應用在高值的醫(yī)用領(lǐng)域(如骨釘、手術(shù)縫合線、組織工程支架材料等)。如果將聚乳酸與其他低成本材料進行共聚和共混則產(chǎn)品成本可進一步下降,考慮到治理“白色污染”因素,在政府政策導向和相應對環(huán)保產(chǎn)品的政策優(yōu)惠情況下,這一價格目前是能被市場所接受的。隨著聚乳酸產(chǎn)業(yè)化規(guī)模的擴大和乳酸生產(chǎn)成本的進一步下降,聚乳酸生產(chǎn)成本也會下降,并將逐步脫離政策保護而回歸市場價格。如果形成這一局面,本項目的經(jīng)濟、社會和環(huán)境效益將是顯而易見的。在經(jīng)濟效益方面,由于每年有幾十甚至上百萬噸的市場需求,這一產(chǎn)品將形成巨大的產(chǎn)業(yè)鏈,它將涉及到:農(nóng)業(yè)、糧食加工業(yè)、生物發(fā)酵、生物化工新材料、包裝材料、紡織纖維、日用塑料、農(nóng)用塑料、化工裝備等。在社會效益方面,我國是一個農(nóng)業(yè)大國,玉米產(chǎn)量占世界產(chǎn)量的1/4左右,2002年的玉米產(chǎn)量達到1.1億t,2004年的玉米產(chǎn)量達到1.26億t,庫存量達到3305萬t,項目的實