PLA:前景最大的生物基降解塑料

PLA聚乳酸)是一种新型的降解材料,可以通过从可再生植物中提取淀粉,再经过生物发酵制得乳酸,最后经过化学合成制备。PLA具有很好的可降解性,最后能被微生物完全降解,由PLA制成的产品在使用后可完全降解成CO2和水,同时无毒、无刺激性,是被广泛认可的环境友好材料。

PLA具有与聚丙烯相似的力学性能,同时其光泽度、清晰度和加工性与聚苯乙烯相似,加工温度比聚烯烃低,可以通过注塑、挤出、吸塑、吹塑、纺丝等通用塑料的加工方法加工成各种包装材料、纤维和非织造物等,广泛应用于工业、农业、医疗和民用等领域。

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一、PLA生产方法
PLA的制成方法总体可分为直接缩聚法和开环聚合法(丙交酯法)。直接缩聚法又称PC法或一步法,是在脱水基存在的环境下,利用乳酸的活性,脱去羧基和羟基,使乳酸分子之间缩聚形成低分子聚合物,然后分子间利用高温脱水直接缩合而成PLA,之一过程常采用熔融聚合法、溶液聚合法和熔融—固相聚合法,其中熔融聚合法最为广泛。
开环聚合法也叫ROP法,即先将乳酸单体经过脱水环化合成丙交酯,之后将重结晶的丙交酯聚合方应得到PLA,该法可以得到分子质量极高的PLA,一般为70万-100万左右(低分子量PLA可以迅速降解,有利于药物释放,适用于医学领域;高分子量的PLA则在纤维、纺织、塑料和包装行业具有重要的商业价值),因此是目前工业上主要使用的聚乳酸合成工艺。
丙交酯生产工艺要求极高,主要是因为提纯较难,我国生产规模较小。目前,我国还未有规模较大生产聚乳酸的产能,主要是因为从乳酸到丙交酯生产工艺要求较高。乳酸由于手性结构的原因存在L-乳酸和D-乳酸两种旋光异构体。因此发生缩聚反应后会产生四种聚乳酸聚合物,分别是L-聚乳酸、D-聚乳酸、DL-聚乳酸、meso-聚乳酸。不同种类聚乳酸含量会导致PLA产品性能、特点有所差异,目前国外普遍采用L-乳酸为原料合成丙交酯进一步生产L-型聚乳酸,产品相对分子质量较高。而国内多是以D-型乳酸和L-型乳酸混合物为原料,合成的丙交酯中会含有meso-丙交酯,这种内消旋丙交酯在生产过程中极难提纯,导致产率很低,大大提高丙交酯生产成本。
聚乳酸具有高强度、高模量,以及良好的透明性和透气性,但是它在加工过程中结晶速率太慢,导致加工周期延长,耐热性很差,大大限制了聚乳酸产品的应用领域。目前,改善聚乳酸性能最常见的方法是添加成核剂,而在实际的企业加工应用中,滑石粉是聚乳酸最常用的一种无机成核剂,可改善聚乳酸的拉伸、弯曲等力学性能,提高其耐热性。
二、PLA产业现状
目前,全球PLA产能为65.35万吨左右,主要PLA生产企业主要集中在美国、中国、泰国、日本等国家。美国Nature Works是全球最大的PLA生产企业,年产能达18万吨,占全球PLA产能30%左右。我国PLA生产起步相对较晚,主要的丙交酯原料主要依赖进口。部分PLA装置由于技术原因或原料丙交酯缺乏,无法稳定运行或处于关停状态,实际有效产能约为4.8万吨/年,产量约1.8万吨/年。
我国主要生产企业有浙江海正生物、安徽丰原集团、河南金丹科技等。在建PLA项目产能约为30万吨/年,远期规划产能约为200万吨/年。随着我国金丹科技、丰原集团等依托在生物发酵领域的技术积累成功生产出合格的丙交酯原料,为我国以后PLA产能快速扩张提供了可能。
三、PLA市场前景
PLA的应用范围极为广泛,已经在塑料包装、生物医药以及纺织纤维等领域得到成功应用。PLA的无害特性使得它能在包装领域具有广泛的应用前景,主要可用作食品包装、制品包装和农业地膜等。PLA表面光滑、透明性较好、阻隔性能优异,在很多地方可以完全代替PS(聚苯乙烯)和PET聚对苯二甲酸乙二酯),从而降低塑料污染问题。PLA降解纤维集降解性、导湿性、阻燃性于一身,同时兼有成型、应用及降解性,在纺织纤维领域应用广泛。同时,PLA具有优越的生物相容性及良好的物理性能,其降解后生成二氧化和水,对人体无害且能自然降解,因此越来越多地应用在生物医学领域,例如组织巩固(如骨螺丝钉,固定板和栓)、伤口包扎(如人造皮肤)、药物传送(如扩散控制)以及伤口闭合(如应用缝合线)等多种用途。
近年来,我国布局PLA企业开始增加,在国内限塑令的影响下,2020年PLA仍旧供不应求,预计未来仍潜力无限。


本文来源:【粉体技术网】



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