据我国聚乳酸行业现状调查显示,聚乳酸作为一种新型材料,具有优良的物理性能、良好的生物相容性及生物降解性,因而被广泛地应用于日用、医用等领域。对聚乳酸的生产技术、应用进行了论述,对聚乳酸行业的发展现状进行了详细的描述;就目前而言,受原料及聚合技术的影响,聚乳酸真正替代石油基的塑料制品还需要很长的路要走。现对2014-2015年我国聚乳酸行业概况及现状分析。
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,由于生物发酵技术的进步,降低了乳酸的生产成本,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。2001年 Cargill Dow聚合物公司投产14万吨/年生物法聚乳酸装置,这是目前世界上规模最大的聚乳酸装置。此外,德国Uhde Inventa-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。
2011-2016年中国聚乳酸纤维行业当前现状及未来趋势发展预测报告显示,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。目前,聚乳酸已经在包装、医用和纤维等领域获得成功应用。并且,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。2005年聚乳酸的价格已可以与PET聚酯竞争,未来几年将可与聚苯乙烯相竞争。此外,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,我国在未来2-3年内也将有万吨级以上装置建成。 2 聚乳酸技术与市场现状
聚乳酸的生产过程如下:①先将富含淀粉的农作物转化成葡萄糖溶液;②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;③经过提纯和浓缩的乳酸采用直接聚合(一步法)或乳酸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)。此外,丙交酯也可以和其他单体如乙交酯(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:①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,近几年来通过技术创新与改进,直接聚合法取得了一定的进展,但目前在工业上还少有应用。②二步法,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,是目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:催化剂和引发剂选择、丙交酯提纯等。
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