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一文读懂聚乳酸(PLA)的应用及其产业化进展!
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来源:生物基材    作者:生物基材    日期:2020.07.17

随着“限塑令”和“禁塑令”的政策的出台,降解塑料一跃成为塑料行业的新宠,生物基材料作为降解塑料的主要来源,因此成为全球新材料最新热点之一。生物基材料是解决环境和资源问题的重要方法之一,欧盟和美国等都已经提出到2030和2050年,生物基化学品和材料要占整个化学品和材料市场30-50%的目标,我国“十三五规划”也明确提出生物基化学品与材料是重点开发的材料之一,并且近年来保持20%左右的年均增长速度,总产量已达到600万t/年。

 

全球未来经济必然将向更加环保、低碳、可持续的生物基经济转变,然而我国生物基产业目前仍存在关键原料受制、核心知识产权技术缺乏、产品成本高、市场竞争力不足以及产业化和下游应用开发基础薄弱等问题,作为生物经济源头的低成本、高纯度生物基化学品和单体制备技术也有待突破。


将于2020年7月22-24日在南京景枫万豪酒店举行的2020国际生物基化学品与材料高峰论坛,以“生物经济、源头创新”为主题,聚焦生物基源头创新和生物基材料创新及其应用创新二大主题,邀请全球知名专家及企业代表共聚一堂,共同交流和学习,搭建一个高水平的国际性产学研交流平台,将加快生物基化学品、生物基单体与材料的产业化落地及转型升级。

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聚乳酸(PLA)是一种新型的生物降解材料,其具有良好的生物可降解性,使用后能被自然界中微生物在特定条件下完全降解,最终生成二氧化碳和水,不污染环境,这对保护环境非常有利,是公认的环境友好材料。

聚乳酸的热稳定性好,加工温度 170~230℃,有好的抗溶剂性,可用多种方式进行加工,如挤压、纺丝、双轴拉伸,注射吹塑。由聚乳酸制成的产品除能生物降解外,生物相容性、光泽度、透明性、手感和耐热性好,还具有一定的耐菌性、阻燃性和抗紫外性,因此用途十分广泛,可用作包装材料、纤维和非织造物等,目前主要用于服装(内衣、外衣)、产业 (建筑、农业、林业、造纸)和医疗卫生等领域。

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聚乳酸的应用领域

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01 生物医学领域

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在生物医学领域,聚乳酸材料可以被用作药物运输材料、组织工程支架材料、骨修复材料等。

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医疗领域是 PLA 及其复合物较早开展应用的领域。目前已在骨外科、胸外科、颌面外科、肿瘤的靶向治疗等领域进行了广泛的基础研究和临床应用。

 

02 工业和农业领域

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聚乳酸的可塑性、耐热性和物理加工性能良好,可以将其加工成农用地膜,用来弥补传统地膜易碎且不可降解的缺陷,还可以将其加工成汽车行业的配件工程材料、建筑用绳索、农药化肥缓释材料等。
对比研究普通聚乙烯(PE)地膜和聚乳酸地膜的降解性,以及在不同地膜覆盖下棉花的生长,发现聚乳酸地膜在20 d 左右开始降解,在棉花收获期降解面积能达到80%左右,并且降解地膜表现出较好的保温性能。
对比研究普通 PE 地膜与聚乳酸(PLA)地膜对西瓜种植的影响,试验表明PLA 地膜具有可降解性且不会造成环境污染,覆盖 PLA 地膜能够促进西瓜的生长发育。

 

03 食品包装材料

 

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聚乳酸与聚乙烯 (Polyethylene,PE)、聚氯乙烯(Polyvinyl chloride,PVC)、聚丙烯(Polypropylene,PP)等材料相比,具有良好的生物可降解性、优良的抑菌和抗霉特性。
采用PLLA- PVA-PCL 复合膜及加了乳酸链球菌素的包装材料对冷鲜肉进行真空包装,包装的肉品货架期远远长于 PE 保鲜膜包装的冷鲜肉,且肉品保持相对良好的色泽和品质。

 

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不同气体条件下,未包装、PLA 气调包装、PE 气调包装、PLA 真空包装、PE 真空包装对杨桃保鲜效果的试验结果表明,PLA 薄膜包装袋能够很好的保存杨桃的外观品质和营养组分,延长杨桃的货架期。

 

聚乳酸产业化近况

 

PLA最早由由杜邦(Dupont)的科学家Wallace Carothers 1932年 在真空中将乳酸进行直接缩合所得,由于产生的聚合物分子量低,同时生产成本过高,当时未能实现商业化生产。PLA 在规模产业化之前的价格为 1000 美元/公斤。后来经密歇根州立大学 Ramani Narayan 教授课题组的产业化研究,实现了规模化生产。
直到1987年食品公司Cargill开始投资研发新的聚乳酸制造过程,Cargill 于2001年与陶氏(Dow)合资成立NatureWorks,进行商业化生产聚乳酸,PLA才正式大量进入我们生活中的方方面面。目前全球PLA年生产能力约24万吨,产量约20万吨,随着聚乳酸作为生物新材料应用前景的日益看好,近年国内一些玉米深加工企业和生物化工企业开始投资进入聚乳酸行业,预计到2025年我国聚乳酸产量将超过60万吨。

 

2020年聚乳酸投产项目情况

 

2020.01.11
国内第一家采用发酵法生产高光纯D-乳酸的金玉米生物科技有限公司的产品打破了国外技术垄断,填补了国内空白,技术及指标均达到国际领先水平,目前已建成万吨级生产线。聚D-乳酸也已经进入中试生产环节。
2020.01.15百利基生物材料科技有限公司近日开工生产,公司所生产的生物降解膜能在较短时间内完全降解,有望取代传统地膜,为打赢污染防治攻坚战提供技术支撑。前期公司每天的产量为5到6吨,后期将增加到9到10吨。
2020.01.17金丹科技拟募集资金4.4亿元,募资将用于年产1万吨聚乳酸生物降解新材料、年产5万吨高光纯L-乳酸工程、补充流动资金等项目。
2020.02.09新疆蓝山屯河聚酯有限公司PBSA1、PBSA2日产量分别达到96吨和145吨。公司在做好一期2×3万吨/年PBSA项目达产达标的同时,全面启动二期24万吨/年全生物降解树脂项目的前期工作。
2020.02.29张全兴院士生物基高分子可降解新材料项目落户惠山签约仪式正式举行。该项目总投资10亿元,拟分二期进行,预计2024年底全部达产,达产后预计年销售额16亿元人民币。采用独创开发的绿色催化剂绿色工艺生产聚乳酸,将带动区域内已有企业、已有产品进行升级。
2020.04.23山西生物质新材料产业研究院(简称“生物质新材料研究院”)在原平市建设全球首个千吨级生物炼制工厂,预计2020年底建成并投产,炼制工厂生产的乳酸和木质素将在山西综改示范区中小企业产业园的新材料加工工厂集中转化,预计2021年建成投产。
2020.04.24山东泓达集团阜榆精细化学品新材料项目奠基仪式在榆社县隆重举行。此项目是山西省级重点工程项目,总投资136亿元,总占地2000亩,项目分三期建设,建设周期为6年,三期建设含16万吨/年PLA,PGA等新材料。
2020.05.11淄博高新区年产60万吨可完全生物降解塑料项目以“视频连线”的形式举行签约仪式,项目由香港大禹新材料控股有限公司和山东汇锦环境科技有限公司联合投资,总投资5亿美元,产品广泛应用于一次性医疗用品、绿色包装、农用薄膜等领域。
2020.05.16由中国科学院长春应用化学研究所研究员边新超承担的吉林省重大科技招标专项“耐水解生物基可降解材料的制备与产业化关键技术研究”项目通过吉林省科技厅组织的专家验收。该项目通过优化丙交酯提纯工艺、聚合工艺,实现高纯度聚乳酸树脂的合成,设计新型封端剂,制备抗水解型聚乳酸原料树脂。
2020.05.20由中铁二十五局集团有限公司西北分公司承建的丰原生物材料产业基地项目一期工程正式交付使用,助力安徽省蚌埠市打造千亿级生物材料产业基地。该项目一期工程为聚乳酸合成车间厂房,总建筑面积2.4万平方米。项目正式投产后,其聚乳酸年产量将达到3万吨。

 

全球聚乳酸主要生产企业(不完全统计)


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(如有遗漏企业,欢迎在留言区评论补充~

 

2020年国际生物基化学品与材料高峰论坛聚乳酸专题报告

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生物基大会同期活动之一:PLA Workshop研讨会

议题

(1)高光纯度的乳酸技术路线(发酵和提纯工艺)是否已经走通?

(2)新上的聚乳酸项目分析(技术、全球供需等角度) 

(3)聚乳酸具有潜力和市场的应用方向及存在问题介绍(比如纤维、注塑、吹塑、3D打印、薄膜、微球和发泡方面)。

(4)聚乳酸企业现在及未来的应用开发技术以及高端产品的开发和应用

(5)聚乳酸和生物基聚丙烯聚乙烯的经济性比较,未来替代性评价?

(6)聚乳酸单体合成技术进展与分析以及产业的投资与回报期望



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