據我國聚乳酸行業現狀調查顯示,聚乳酸作為一種新型材料,具有優良的物理性能、良好的生物相容性及生物降解性,因而被廣泛地應用於日用、醫用等領域。對聚乳酸的生產技術、應用進行了論述,對聚乳酸行業的發展現狀進行了詳細的描述;就目前而言,受原料及聚合技術的影響,聚乳酸真正替代石油基的塑料製品還需要很長的路要走。現對2014-2015年我國聚乳酸行業概況及現狀分析。
早在20世紀30年代末,美國、日本的科學家就開始進行聚乳酸的合成研究,但由於原料成本高,一直未得到推廣應用。
20世紀90年代以後,由於石油短缺和環保壓力,出現了生物環保材料開發熱,聚乳酸開始進入快速發展時期。美、日、歐等國在這方面投入大量資金,進行聚乳酸等生物降解塑料生產技術、加工技術和應用開發的研究。從20世紀90年代中後期以後,有關聚乳酸合成、催化劑、應用開發的專利呈快速增長趨勢。
20世紀 90年代後期,由於生物發酵技術的進步,降低了乳酸的生產成本,增加了聚乳酸商業化應用的潛力。21世紀初,世界第一套工業化聚乳酸裝置建成。2001年 Cargill Dow聚合物公司投產14萬噸/年生物法聚乳酸裝置,這是目前世界上規模最大的聚乳酸裝置。此外,德國Uhde Inventa-Fischer公司、日本三井化學公司、義大利Snamprogetti公司、荷蘭Hycail公司、德國巴斯夫公司等也開發了聚乳酸生產技術。
2011-2016年中國聚乳酸纖維行業當前現狀及未來趨勢發展預測報告顯示,經過近十年的發展,聚乳酸產品的性能、價格已接近傳統合成樹脂。目前,聚乳酸已經在包裝、醫用和纖維等領域獲得成功應用。並且,隨著乳酸生物合成酶催化劑技術、以及工藝技術的不斷發展,特別是新的低成本適用酶催化劑的發現,聚乳酸生產成本比工業化初期降低了2/3以上。2005年聚乳酸的價格已可以與PET聚酯競爭,未來幾年將可與聚苯乙烯相競爭。此外,石油價格不斷上漲,導致石油基樹脂價格不斷提高,也使聚乳酸與傳統合成樹脂價差減小。
隨著聚乳酸生產成本與石油基樹脂價格越來越接近,以及聚乳酸應用市場的不斷開拓,聚乳酸已開始進入產業化發展時期。未來幾年內,世界聚乳酸產能將有較大發展,一些國家正在計劃建設更多的聚乳酸裝置,我國在未來2-3年內也將有萬噸級以上裝置建成。 2 聚乳酸技術與市場現狀
聚乳酸的生產過程如下:①先將富含澱粉的農作物轉化成葡萄糖溶液;②將葡萄糖溶液經過特殊的發酵過程(以生物酶為催化劑)轉化成乳酸;③經過提純和濃縮的乳酸採用直接聚合(一步法)或乳酸脫水環化製成環狀二乳酸(丙交酯),環狀二乳酸再開環聚合(二步法)的方法得到聚乳酸,見圖1(略)和圖2(略)。此外,丙交酯也可以和其他單體如乙交酯(GA)、乙酸內酯(E-CL)、乙二醇(EG)等共聚得到改性聚乳酸。
在聚乳酸生產中,生物技術主要體現在乳酸單體生產上,而由乳酸單體生產乳酸聚合物是常規的聚合物合成技術。生物法由植物性原料生產乳酸的關鍵問題是開發高效、低成本酶催化劑。
聚乳酸的合成主要有兩種方法:①乳酸直接縮聚法。在真空下乳酸脫水縮聚直接得到聚
乳酸,該法簡單,但得到的聚合物分子量較小,一般小於5000。直接縮聚法的主要特點是合成的聚乳酸不含催化劑,但反應條件相對苛刻,近幾年來通過技術創新與改進,直接聚合法取得了一定的進展,但目前在工業上還少有應用。②二步法,也叫非溶劑法或丙交酯開環聚合法。乳酸先脫水環化生成環狀二乳酸,再開環縮聚得到聚乳酸,該法可得到分子量較高的聚乳酸,是目前國內外應用較多的生產方法。二步法生產聚乳酸關鍵技術包括:催化劑和引發劑選擇、丙交酯提純等。