分享

材料委好文:一文读懂环境友好生物基材料——聚乳酸(PLA)

 前沿材料 2020-09-17

聚乳酸(PLA)

随着当今世界能源、环境危机问题日益严重,推动环境友好型生物基材料的发展,以替代石化资源和减少白色污染,促进环境保护变得愈发重要。聚乳酸(PLA)也称为聚丙交酯,属于聚酯家族,是一种新型的生物基可生物降解材料。聚乳酸是以乳酸为主要原料聚合得到的聚合物,原料来源充分且可以再生。乳酸来自淀粉原料,而淀粉可由植物资源(如玉米、木薯)提取。淀粉经糖化得到葡萄糖,再由葡萄糖及一定的菌种发酵、纯化制成乳酸,后者经进一步化学合成反应制得聚乳酸,生产过程环保无污染。聚乳酸制品具有良好的生物可降解性,使用后能被自然界中完全降解,最终生成二氧化碳和水,被植物吸收,从而实现在自然界的绿色循环,这对保护环境非常有利。因此,聚乳酸已被公认为替代石油基塑料最具前景的环境友好材料。聚乳酸的合成、应用、降解与再生示意图如下: 




全球市场及格局

除优异的生物降解性能外,聚乳酸的透明度、力学性能等与聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯等石油基聚合物相近,可有效替代石油基高分子材料;聚乳酸具有良好的加工成型性能,可采用注塑、吸塑、挤出成型、吹膜成型、发泡成型等方式加工;具有良好的抑菌性能,可广泛应用于塑料制品、纺织纤维、包装材料、医疗卫生等领域,市场前景十分广阔。

据 GRAND VIEW RESEARCH 报告,2016年全球聚乳酸市场规模为12.9亿美元。随着包装、个人护理品和纺织品用材料使用量的日益激增,预计未来聚乳酸市场将出现大幅增长。其中包装业务占据最大份额,2016年已达到59.1%。此外,预计未来8年(到2025年),可降解塑料在购物袋、一次性餐具等领域的需求也将大幅增加。聚乳酸的最大市场欧洲由于在各种终端应用领域(食品、饮料、化妆品、药品等)实施生物基塑料的监管规范,预计从2017年到2025年市场收入将以19.2%的复合年增长率增长。 



国外企业格局

国外聚乳酸企业主要集中在美国、日本以及欧洲国家,生产技术领先,产能较大。纵观全球,综合实力名列前茅的公司往往都是专门生产和销售PLA的企业。目前,美国NatureWorks是全球领先的PLA企业,其合作网络覆盖全球,世界众多厂商均使用其生产的Ingeo树脂加工、生产PLA制品,近年来不断推出3D打印用 PLA 新配方。荷兰Corbion公司与Total公司共同开发的耐高温PLA也处于世界领先行列,在建工厂产能巨大,是未来有力的竞争企业之一。 



国内企业格局

据MarketsandMarkets预计,从2015年到2020年,聚乳酸全球市场的年增长率将达到20.9%,到2020年全球聚乳酸消费市场将达到51.6亿美元。由于消费者和塑料制造商环保意识的日益增强,加上政府立法的支持,亚太地区将成为消费增长最快的市场。


我国PLA生产企业主要集中在长三角和珠三角地区,特别是长三角地区产业集中、集群规模大、竞争力强。首屈一指的是浙江海正,其聚乳酸生产技术在国内领先且产能高;珠三角地区仅有光华伟业,但产业链成熟,产学结合紧密,所占市场份额仅次于浙江海正,其PLA生产目前在我国也属领先地位。

发展趋势及建议

聚乳酸作为一种绿色环保材料,具有取代传统石油基高分子材料的潜力,可有效地缓解对石化资源的依赖及减少白色污染问题。再加上《“十三五”材料领域科技创新专项规划》、国家重点研发计划等利好政策,可以预见我国聚乳酸产业在未来有巨大的发展空间。鉴于此,聚乳酸的发展趋势与建议如下: 

1.加强高性能及耐高温聚乳酸开发 

重点加强高性能及耐高温聚乳酸开发。与聚丙烯、聚苯乙烯等通用塑料相比,聚乳酸的耐热性较低,限制了其应用范围。可通过立构受控聚合、提高聚乳酸结晶度、共聚与共混改性、引入交联结构及纤维增强等方法提高聚乳酸的力学及耐高温性能,拓宽其在工程材料等方面的应用范围。

2.加快聚乳酸纤维发展 

加快聚乳酸纤维的发展,尤其要加快直接熔融纺丝技术的发展。我国在聚乳酸纤维产品加工与应用方面较为成熟,但需要在产业规模、生产成本和产品质量方面进一步加以改进。推动大规模、低成本D- 乳酸发酵生产技术的发展,加快我国PDLA合成产业发展、加快 sc-PLA 纤维生产中 L- 乳酸和 D- 乳酸的应用比例等相关研究;加强纺丝级或纺粘级的PLA的研发,保证PLA纤维的原料的稳定供应并降低成本。

3.提升聚合催化技术与稳定控制技术
提升聚合催化技术与稳定控制技术。进一步开展无毒、无金属、高效催化剂研发,聚乳酸立构与分子量受控合成技术研发,提升催化聚合技术;简化生产工艺,升级聚合反应装备设计与制造水平。

4.产学官协同推动 PLA 发展
产学官协同推动PLA发展。通过建立科研院所与企业的创新联盟推动 PLA 上下游的工程和制造的规范发展;积极争取政府的倾斜政策与财政支持;促进协同创新,实现大规模连续化生产技术与设备集成化;进一步降低成本,提高 PLA产品的市场竞争力。 


    转藏 分享 献花(0

    0条评论

    发表

    请遵守用户 评论公约

    类似文章 更多