聚乳酸的应用现状与发展趋势

聚乳酸的应用现状与发展趋势

自20世纪初以来，塑料逐渐发展成为一种广泛应用于所有领域的材料。然而,由于塑料的不可降解性,塑料的广泛应用,特别是塑料覆盖物的使用和丢弃对我们的生态系统造成了严重威胁。此外,塑料主要来源于石油类不可再生资源,塑料的大量使用势必引起严重的能源和人类生存危机,因此,来源于可再生资源的生物降解塑料应运而生,其重要性不言而喻。生物降解塑料指的是塑料在使用后能够在自然环境下逐渐降解,最终以小分子的形式进入自然界。聚乳酸(PLA),是脂肪族中最典型的一种生物降解塑料,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彻底分解成水和二氧化碳,因而对环境没有危害,克服了化工塑料的最大弊病。另外,聚乳酸来源于可再生资源(例如玉米),所以可减少不可再生的石化产品的消耗,进而缓解人类资源危机。聚乳酸不但具有一般高分子材料所具有的基本特性,而且应用特性更为优良,这使得聚乳酸极易改性以满足各种需要。应用面十分广阔,涵盖医药、人造骨骼、人造皮肤、手术骨钉、手术缝合线、包装材料、日用塑料制品、纺织面料、农用地膜、地毯、家用装饰品等。聚乳酸已成为国内的研究开发热点目前研究降解塑料的主要国家有美国、德国、日本、中国等。国外许多发达国家在研究降解塑料方面投入了大量资金。目前能够生产聚乳酸产品的只有美国的Cargill-Dow公司(2005年2月Dow化学公司退出股权,更名为NatureWorks公司),美国Cargill公司和Dow化学公司在聚乳酸全生物降解塑料方面作出了突出的贡献。Cargill-Dow聚合物公司于2001年11月在美国内布拉斯加州Blair投产兴建了年产14万t聚乳酸装置,这是迄今为止世界上最大的聚乳酸生产装置。并将该产品应用到包装和纺织行业,其性能已经可以与石油生产的聚酯产品相媲美。他们的宗旨是进行有关降解材料合成、加工工艺、降解试验、测试技术和方法标准体系的建立。这一实际效果大大地推动了世界范围的聚乳酸技术开发和应用研究。聚乳酸已成为当今世界范围的研究开发热点。日本通产省已将生物降解塑料作为继金属材料、无机材料、高分子材料之后的“第四类新材料”,并拨专款支持生物降解塑料的开发。欧洲Bhre-Euran对生物降解塑料投资200万美元,用于跨国研究和开发,并计划建立完善的降解评价体系。近年来,在发达国家中以全生物降解塑料的研究最为活跃。在日本,很多公司(如尤尼吉卡公司、钟纺公司、三井化学公司)也都在进行这方面的开发,规模为几千吨至几万吨,但主要致力于应用市场的开发;日本东丽公司已和CargillDow公司合作从事纺丝生产。国内目前致力于聚乳酸大规模产业化的企业有上海同杰良生物材料有限公司、浙江海政药业公司等企业。其中上海同杰良生物材料有限公司承担的聚乳酸项目列入2004年上海市首批“科教兴市”重大科技产业化计划项目。虽然目前国内聚乳酸的应用十分有限,产业化正处于萌芽状态。但随着国内乳酸技术的提高和产业化进程的发展,聚乳酸研究技术的提高和信息交流的相互影响,国人关注和重视聚乳酸技术的研发热情和投资热情将会迅速提高,从玉米-乳酸-聚乳酸-各类生物降解产品,这一巨大的产业链将会在未来几年中在我国形成。聚乳酸也将在这一发展过程中得到发展。聚乳酸产品的应用聚乳酸产品的应用面十分广阔,根据不同用途可聚合成各种不同分子量的材料,分子量最高可达几百万。在现代生物医药行业中,药物微粒缓释胶囊、人造骨骼、人造皮肤、手术骨钉、手术缝合线等聚乳酸产品已得到广泛应用。除了在医用领域的应用外,聚乳酸产品的市场发展的主要方向是在日用高分子材料的应用方面,只有当聚乳酸应用到这些价格低、产量大的领域,如包装材料、日用塑料制品、一次性医用耗品、纺织面料、农用地膜、地毯、家用装饰品等时,才能发挥其环境友好材料的真正作用。废弃物的产生量近年来中国包装用塑料已超过400万t。据有关部门预测,2005年中国塑料包装材料需求量将达到500万t,按其中30%为难以收集的一次性塑料包装材料和制品计算,则废弃物产生量达150万t;另据统计,我国每年消费快餐盒大约60亿只左右、方便面碗50亿只。今后,我国的包装垃圾将以每年3%～5%的速度递增。其中废弃物的5%～10%使用聚乳酸及共混产品,市场的需求量就有7.5万～15万t。聚乳液酸用于农业膜的应用中国可覆盖地膜的面积为5亿多亩,加上育苗钵、农副产品保鲜材料等预计需求量将达到100万t。聚乳液酸在日常药物中的应用在一次性日用杂品中一部分是难以收集或不宜回收利用的,预计其需求量达70万t。聚乳液酸用于一次性医疗材料的应用在一次性医疗材料中不宜回收利用的部分,预计其需求量达30万t。人造骨骼、人造皮肤、手术骨钉和缝合预计其需求量达5万～10万t。plaa纤维连续生产线美国生产PLA的Cargill-Dow公司与日本钟纺公司、日本尤吉卡公司、日本可乐丽公司等合作建成了PLA纤维连续生产线,纺丝方法和传统的涤纶或锦纶类似,主要产品有长丝、短纤纱和混纺纱。预计在2005年我国的涤纶长丝的需求量将达到500万t左右,假设PLA纤维取代涤纶长丝的1%,就有5万t,如取代3%～5%就将达到15万～25万t。聚乳酸产业链的形成目前国内已开始大力实施沙漠治理、荒山植树种草、城市规划以及各类护坡、固土工程等,一次性塑料制品的使用量将大增,这对PLA降解塑料来说也是一个良好的机遇。综上所述,我国聚乳酸的潜在市场将达250万t以上。聚乳酸不仅应用在通用高分子材料领域(如包装材料、纺织纤维等),而且还应用在高值的医用领域(如骨钉、手术缝合线、组织工程支架材料等)。如果将聚乳酸与其他低成本材料进行共聚和共混则产品成本可进一步下降,考虑到治理“白色污染”因素,在政府政策导向和相应对环保产品的政策优惠情况下,这一价格目前是能被市场所接受的。随着聚乳酸产业化规模的扩大和乳酸生产成本的进一步下降,聚乳酸生产成本也会下降,并将逐步脱离政策保护而回归市场价格。如果形成这一局面,本项目的经济、社会和环境效益将是显而易见的。在经济效益方面,由于每年有几十甚至上百万吨的市场需求,这一产品将形成巨大的产业链,它将涉及到:农业、粮食加工业、生物发酵、生物化工新材料、包装材料、纺织纤维、日用塑料、农用塑料、化工装备等。在社会效益方面,我国是一个农业大国,玉米产量占世界产量的1/4左右,2002年的玉米产量达到1.1亿t,2004年的玉米产量达到1.26亿t,库存量达到3305万t,项目的实