聚乳酸技术与市场现状及发展前景

Foronlyinstudyresearch;forcommercial聚乳酸技术与市场现状及发展前景--------------------------------------------------------------------------------聚乳酸PLA)也称聚丙交酯，是以玉米等富含淀粉的农作物为原料，经过现代生物技术合成乳酸，再经过特殊的聚合反应过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个即可发生降解，聚乳酸制品在使用后可降解成二氧化碳和水因聚酸是一种真正意义上的能完全降解的生物环保材料视为继金属材料、无机材料、高分子材料之后的“第四类新材料由于聚乳酸树脂具有环境保护环经济节约化石类资源促进石化产业持续发展等多重效果是年来开发研究最跃展最快的生物可降解材料也是目前唯一一种在成本和性能上可与石油基塑料相竞争的植物基塑料。概早在20世30年末国日的科学家就开始进行聚乳酸的合成研究由于原料成本高，一直未得到推广应用。世纪年代以后，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行聚乳酸等生物降解塑料生产技术工术和应用开的研究20世代中后期以后关聚乳酸合成、催化剂、应用开发的专利呈快速增长趋势。世纪年代后期，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纪初，世界第一套工业化聚乳酸装置建成2001年CargillDow聚合物公司投产14万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，德国司、日本三井化学公司、意大利Snamprogetti公、荷兰Hycail公、德国巴斯夫公司等也开发了聚乳酸生产技术。经过近十年的发展聚酸产品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。并且乳酸生物合成酶催化剂技术、以及工艺技术的不断发展别是新的低成本适用酶催化剂的发现乳生产成本比工业化初期降低了2/3以。2005年聚乳酸的价格已可以与聚竞争，未来几年将可与聚苯乙烯相竞争。此外油价格不断上涨导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来几年内世界聚乳酸产能将有较大发展些国家正在计划建设更多的聚乳酸装置，我国在未来2-3年也将有万吨级以上装置建成。聚酸技术与市场现状2.1生工聚乳酸的生产过程如下先将富含淀粉的农作物转化成葡萄糖溶液将萄糖溶液经过特殊的发酵过程(以生物酶为催化转化成乳酸；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乳(丙交酯)二乳酸再开环聚(二步)的方法得到聚乳酸，见图1(略)图2(略)。此外，丙交酯也可以其他单体如乙交、乙酸内酯E-CL)、乙二醇(等共聚得到改性聚乳酸。在聚乳酸生产中物术主要现在乳酸单体生产上由酸单体生产乳酸聚合物是常规的聚合物合成技术物由植物性原料生产乳酸的关键问题是开发高效成本酶

催化剂。聚乳酸的合成主要有两种方法乳酸直接缩聚法真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几年来通过技术创新与改进接聚合法取得了一定的进展但目前在业上还少有应用二步法也非溶剂法或丙交酯开环聚合法乳酸先脱水环化生成环二乳酸开环缩聚得到聚乳酸该法可得到分子量较高的聚乳酸是前国内外应用较的生产方法步法生产聚乳酸关键技术包括化和引发剂选择、丙交酯提纯等。2.2生能世纪年代末以来，世界生物聚合物取得了较大发展，已开发于多种基于不同原料的生物聚合物，如淀粉聚合物及配混物、纤维素聚合物、聚乳酸酯类聚合物、脂肪族-芳香族共聚酯等并且新的产品和新生产技术不断涌现前世界生物聚合物生产能力已达余万吨年聚乳酸是其中的佼者，产能占各类生物聚合物总产能的2/3左。目前，世界聚乳酸生产能力约万/年，主要生产厂家包括Cargill公司、Novamon公三井化学公田公司Hycail公InventaFischer公等CargillDow公是目前最大聚乳酸生产商这一地位将维持至2010年丰Hy-cail等司计划增加产能2010年将成为重要的聚乳酸树脂生产商。此外，壳牌和拜耳等公司正在研究或重新考虑利用生物原料生产聚合物和大宗化工产品有成为这一市场新竞争者的潜力。目前我已建成的聚乳酸装置有几百吨但在未来2-3年我国聚乳酸产能将会取得较大发展，将会有万吨级装置建成。目前由于聚乳酸正处于工业化步阶段来5年产能发展很大程度上取决于市场的发展。乐观的预测认为2010年界聚乳酸产能将达到110吨年以上，比较保守的预测认为将达到55万/左右。2.3性和场聚乳酸具有的可降解和环保的特性是该材料最重要的优势酸有良好的生物相容性和可生物降解性，能被酸、碱、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，用它制成的各种制品在土壤中掩埋3-6个破碎，在微生物分解酶作下，6-12个变成乳酸，最终变成二氧化碳水，不污染环境，对保护环境非常有利。聚乳酸属脂肪族聚酯具通用高分子料的基本特性较的阻隔性能、透气性能、透明度和光泽等，其硬度较高，拉伸和弯曲模量高于传统通用树脂。但聚乳酸也有一些性能有待改进，如热性能水气渗透率等此外聚乳酸的柔韧性较差冲击强度和断裂伸长率均低于通用树脂。进入21世，由于来自资源环境方面的压力，推动聚乳酸等生物降解材料加快了发展步伐，美国万吨/年规模装置建成，进一步促进了聚乳酸应开发和市场的发展。近年来美等工业发达国家的聚乳应用消费增长很快界最大聚乳酸生产商CargillDow称，近两年该公司用户数量增长了2-3倍医用、包装和纤维是三大热门领域，包装市场消费量约占聚乳酸总消费量的。中长期内，聚乳酸的消费结构将生变化，虽然聚乳酸在包装市场用量上将有较大幅度增长所占比例呈下降趋势维纺织品将成为聚乳酸最大的消费市场，所占比例将提高到。此外，汽车和电子市场也将成为聚乳酸的主要应用市场。纤维聚乳酸在纤维领域的应用正在受到关注，未来几年该领域将是聚乳酸增长最快的市场聚乳酸纤维是由聚乳酸经规纺丝工艺制得的生物合成纤维物理性能接近锦纶和

涤纶，透气性和手感都好于涤纶，不易起静电，具有生物相容性，舒适性好，可制成复丝、单丝、短纤维、针织物、非织造布等，特别适合作内衣、外套和袜子，以及医用纺织品如医生士人的专门服装和病床的床单等可作建筑材料业材等国CargillDow公、杜邦公司日本钟纺纤维公司、可乐丽公司等均热衷于开发聚乳酸纤维。美国GargillDow公司的聚乳酸纤维Ingeo在装场、家用及装饰市场、非织造布市场、双组分纤维领域、卫生及医用等领域具有潜在的应用前景。美国杜邦公司开发生产的聚乳酸纤维产品，色性能好，制成的人造皮更柔软、更像真皮，可制成内衣、运动服、仿毛品、医疗用品、家用及汽车用装璜材料及宇航用品等使这种材料的运动吸汗性比棉制服装高3-4倍如今已经用在意大利的一些球队服装中。日本钟纺纤维公司近年来将聚乳酸纤维与棉、羊毛混纺制成衣料用织物，生产具有丝感外观的T恤茄克衫、长及礼服。日本可乐丽公司开发的聚乳酸纤维可组各种各样的复合纤维，可用在体育、制服、男装、女装、护理、装饰等多方面；另外，在农业材料、卫生材料、水产材料、造纸材料等方面也应用广泛。日本东丽公司将聚乳酸纤维用于制造家庭用地毯，可满足家用地毯对色牢度、手感、耐久性等方面的使用要求。日本钟纺合成化学公司与吴羽化学公司开发了聚乳酸纺粘布，可用于水过滤、土木工程与建筑用途等方面。发前景随着世界石油资源的日益紧缺，以石油为原料的聚合物价格持续上扬，加之生物聚合物生产技术的发展，生物塑料已迎奉寡展的大好时机2005年全球生物塑树脂的产量约为亿磅(36万)据已公布的项目计划，到年产量将超过13亿(吨)。未来十年生聚合物因环境性经济性和使用性三方面的综合因素将成为新一代最有发展前景的材料之一。据研究报告指出，未来十年，世界生物聚合物市将以每年20%以上的速度增长。作为最重要的生物聚合物产品，聚乳酸酯具有广阔的发展前景，未来几年将是化工领域被关注的焦点预计将在业化装置建设用市场及需求发展价格和性能等方面具有竞争力。3.1未2-3年有较多工业化装置投入建设目前，聚乳酸已成为全球性投资热点计2005-2010年随着聚乳酸生产成本逼近传统塑料以及市场应用的大力拓展及使用将进入高峰期乳酸建设热潮将在全球展开。据美国《现代塑料》杂志报道，世界最大的聚乳酸生产商CargillDow司正在计划建设更多的聚乳酸装置，加快向亚(中国、欧洲、南转让技术。该公司的目标是用十年的时间采用该技术在全球建成万/生产能力，同时通过改进技术低产成本，使聚乳酸的生产成本、销售价格达到与通用热塑性塑料相竞争的水平。美《化学周刊报日东工业公司的韩国子公司东丽Sehan公将进军聚乳酸领域划资10亿日(850美元在韩国新一套5000吨年的膜和切片装置，装置预计2007年1月工投产此外，日本丰田公司计划兴建5万/聚乳酸生产线，预计年投产。德国公司计划建设万/工业化装置。Hycail公准备建设产能为2.5-15万/的大型装置，并计划在年以前再建一套聚乳酸工业化装置。未来几年，聚乳酸在中国也将有较大发展，美国CargillDow公表示要借

年奥运会契机在中国发展聚乳酸市场，德国公已达成协议在哈尔滨建万/聚乳酸装置。目前位于浙江台州的海正集团正进行聚乳酸产业化中试，并将建设吨/装置。河南飘安集团的万/聚乳酸生产装置已经发改委批准立项，将于年建成投产。3.2聚酸场需求将获得较大发展世界许多传统聚合物和塑料材料生产公司一致看好全球生物树脂市场，纷纷加盟开发生物聚合物或生物可降解塑料德国巴斯夫陶化学杜公司等均加大了生物技术的研发投资。一些材料消费巨头也都积极开发，把生物塑料应用到他们的产品中。随着聚乳酸树脂生产、加工技术的发展和产品性能的改进，聚乳酸市场需求将取得较大发展。这体现在是在包装、纤维领域继续发展更多的细分市场的同时传合成树脂的更多主流市场如电子电器车、建筑市场发展。二是继续在北美、欧洲地区推广应用的同时拓括亚洲在内更广泛市场乳塑料将成为塑料行业中发展最快的增长点。聚乳酸树脂正在向汽车、电子电器市场发展。日本电子产品生产商N公开始在其产品中采用生物塑料替代常规塑料一些标准化插件手机外壳等该公司还开发了使用金属氢氧化物阻燃剂体系的无卤、无磷阻燃聚乳酸复合新材料，将于2007年于电脑外壳。据称到2010该公司将有10%上的电子产品塑料部件采用聚乳酸生物塑料。近两年，日本电器制造商索尼公司将聚乳酸用于光盘包装薄膜，新包装与过去的包装一样美观，但废弃后却不会给环境造成任何污染。日本夏普公司也在尝试将PLA用于其产品中，夏普公司认为如果聚乳酸的价格可以降低到与大宗塑料产品相当的水平，到2010年公司采用这种可再生材料的数量将达到以上。日本富士通公司也在手提电脑外壳中使用了聚乳酸塑料东公司和丰田汽车公司从年始进行聚乳酸用于汽车内装部的开发，后来两公司又与其他汽车制造厂家合作开发车门装饰、车面板、车顶板和防雨垫等，用于年新款式车。聚乳酸开始向美、日、欧以外地区市场发展，如中国大陆、中国台湾省、韩国等亚洲国家或地区国品出口用生物降解容器替代传统容器正增多卖品包装正逐渐用生物降解型产品替代传统容器本东丽工业公司将通过其韩国子公司——东丽Sehan公司投资日元美)在韩国建设5000吨年Ecodear牌乳薄膜和板材生产装置装置定于2007年月投产Dow公在更大范围内与世界各地下游厂商合作，推进聚乳酸市场开拓，如和意大利司、中国台湾威猛工业公(WMI)共同合作，推进聚乳酸在包装、纤维等市场得到更为广泛的应用。聚乳酸性能不断得到改进是推进其市场发展的另一个重要因素，包括提高热性能、耐磨性等聚乳酸材料耐高温性差一直是一个难于解决的问题近欧洲生物降解塑料生产商公司在提升聚乳酸耐温性方面取得突破，新开发聚乳酸树脂材料(HycailXM1020)可耐温200而不变形用这种树脂加工的容器在盛有脂肪液体食品时经微波加热也不发生变形或应力破坏，可在℃下经受微波加热分钟。三井化学公司使用独特的合金和共聚技术进一步提高了树脂的性能。东丽工业公司表示，该公司正在用其专有的纳米合金技术开发聚乳酸功能性薄膜和切片薄具有与石油基薄膜一样的耐热和抗冲击性能，同时还具有很好的弹性和高透明性。3.3与统料材料的价格差缩小，竞争力将提高降低聚乳酸树脂生产成本，使其在价格上可与现有石油化工路线生产的合成树脂相竞争一直是聚乳酸技术发展目标发低价格性更好的乳酸合成生物酶催化剂是降低植物乳酸-乳酸产品链生产成本的关键开发利用格低廉的植物原料也有助于实现这一目标。此外，从原料价格走势看，原油价格近十年来从美元桶提高到了美元桶

以上，而玉米价格基本保持稳定，也促使聚乳酸与传统合成树脂之间的价差缩小。近年来，生物酶催化剂的发展和工艺技术的改进，使聚乳酸的生产费用大幅度降低。据Dow公首席执行官称，十年来该公司聚乳酸的生产费用已下降8%年可与PET相争在后几年内将可与聚苯乙烯相竞争据Dow公销售主管称，聚苯乙烯价格波动性很大，因此实际上现在聚乳酸在一定范(时间、地区内已经可以与聚苯乙烯相竞争。采用新技术能进一步降低生产成本，国外一些公司正在开发以价格低廉的生物质废料为原料生产聚乳酸技术。例如GargillDow公一直在不断进行生物物质转化工艺技术和催化剂的研究，包括用玉米秆、麦秆、草类和其他农业废料生产；国一家研究所研制出以制乳酪后的废弃土豆为原料生产薄膜与涂层级聚乳酸树脂技术埃尔斯坦糖厂与一所大学合作研制出利用工业制糖下脚料来生产聚乳酸的技术术进一步突破望使聚乳酸生产成本进一步大幅度降低乳酸在价格上可以与大多数石化路线生产的合成树脂相竞争。3.4符可续发展的潮流，发展前景广阔石油资源日益短缺和塑料废弃物对环境污染，是当今石油化工以及合成树脂工业持续发展的两大障碍乳树以年年种年年收的农作物为原料消和使用后又可完全降解，最终变成对环境无害的二氧化碳和水，符合可持续发展的潮流。经过十多年的研究和产业化发展，聚乳酸塑料在市场上已找到了生存的空间。聚乳酸的原料不仅可以是玉米多种作物都可用于提取乳酸此人聚乳酸称生物质塑料后聚乳酸进一发展还有赖于进一步的技术突破，如新品种酶催化剂的开发成功类可利用低成本的物质如谷物秆等而不是谷物本身来生产化工产品着乳酸生产技术的不断完善用域的不断扩大来十年聚乳酸有望在一些应用领域逐渐取代性质相近的石油路线合成树脂如聚酯苯乙烯甚聚乙烯和聚丙烯等具极大的发展潜力。进入21世以后，多途径开拓原料来源成为石油化工行业实现可持续发展的重要方面也石油化工技术进步和争力的重要体现聚乳酸采用可再生原料生产产品可完全降解绿色环保是最具发展力的生物降解材料之一美日等发达国家近年来竞相投资开发和推进聚乳酸等生物降解塑料的产业化原因并不仅仅在于其可降解和环保主要的是聚乳酸可以替代逐渐减少可再生的化石原料资源石化工生产开拓新的原料来源。医用领域医用领域是聚乳酸最早进入的市场，在这一领域，聚乳酸比其他常用高分子材料具有独特的生物兼容性和生物降解性在一些专门领域获得较为成功的应用生一次性输液用具、免拆型手术缝合线、骨科用固定件及手术器件、医用支架、生物导管等。低分子量聚乳酸可用作药物缓释包裹材料治骨折等骨科疾病使用的是不锈钢骨钉，病人必须经过两次手术才能治愈用聚乳酸骨钉只需一次手术植入骨钉病愈的同时骨钉也降解在人体内，可以在很大程度上缓解患者的痛苦。2)包装材料目前，各种包装材料是聚乳酸最大、最有潜力的应用市场。聚乳酸阻气阻水性、透明性及可印刷性良好，且其基本原料乳酸是人体固有的生理物质之一，对人体无毒无害，在食品包装市场上大有用武之地。传统合成树脂30%用于包装材料，由于传统树脂难以分，废弃的包装材料构成40%城市垃圾，成为最主要的生态和环境污染源。因此，在包装市场用聚乳酸替代石油基树脂潜力巨大，可用于一次性餐(刀、勺、叉)、杯子、盘子、食品容器、薄膜包装袋、

饮料用瓶、发泡制品、片材等。不少大公司都看好这种新的环保材料。可口可乐公司在盐湖城冬奥会上用了0万只一次性杯子，全部是用聚乳酸塑料制成的，这些杯子只需40天可在露天环境下消失得无影无踪2004年国牌果开始采用生物降解聚乳酸树脂