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傳統高分子材料給人們帶來無數便利的同時,也給環境帶來了諸多負擔,“白色污染”正在成為一個日趨嚴重的問題。在此背景下,聚乳酸(PLA)作為近年來產業化發展較快的生物降解材料,可以在一定條件下實現快速的降解,得到了越來越多的關注。2019年,全球及中國聚乳酸項目建設火熱,規劃產能已達百萬噸,且聚乳酸應用廣泛,可用于注塑、薄膜、片材和纖維等,未來具備逐步取代傳統塑料的潛力。
“中國制造2025”將聚乳酸等生物降解材料列入高分子材料重點發展對象,科技部《“十三五”材料領域創新專項規劃》明確提出耐高溫聚乳酸等新型生物基材料的技術提升與產業升級是發展重點之一。 聚乳酸(PLA),又稱為聚丙交酯,以乳酸為單體,脫水聚合而成。其以玉米、木薯、秸稈等可再生生物質為原料,來源廣泛且可再生。聚乳酸制品使用后可以堆肥降解成CO2和水,實現在自然界中的循環。
聚乳酸合成 聚乳酸合成主要有2種方法。
一步法:乳酸直接脫水縮聚。
直接縮聚法該法優點在于單體轉化率較高,工藝簡單,不需要經過中間體的純化,因而成本較低,主要問題是產物的分子量及其分布難以控制,不易得到高分子量的聚合物。目前國內僅使用同濟大學技術的同杰良公司采用一步法制聚乳酸。
二步法:乳酸先脫水生成低聚物,然后解聚生成丙交酯,再開環聚合制得聚乳酸。
開環聚合法用該方法可以得到分子量和微觀結構均可調的聚乳酸,但丙交酯開環聚合法要經過丙交酯純化的步驟,生產流程長,成本較高。目前聚乳酸的生產主要采用丙交酯開環聚合工藝。 PLA本身屬脂肪族聚酯,具有通用高分子材料的基本特性,有著良好的機械加工性能,能夠勝任大多數合成塑料的用途,目前主要用于制作包裝材料、一次性餐具、纖維、3D打印耗材等。 全球聚乳酸主要生產企業
企業項目地點產能(kt/a)主要應用NatureWorks美國150擠出和熱成型、注塑、吹塑、發泡、薄膜、片材、纖維、3D打印等Total Corbion泰國75注塑、薄膜、片材、纖維、熱成型等Teijin日本1纖維Synbra荷蘭5發泡海正生物浙江15注塑、薄膜等同杰良上海+安徽11注塑、薄膜、片材、纖維等吉林中糧吉林10注塑、片材、纖維等允友成江蘇10注塑等恒天長江江蘇10纖維光華偉業湖北103D打印等河南龍都天仁河南6薄膜、片材等江蘇九鼎江蘇5薄膜、纖維等九江科院生物江西1纖維、3D打印等。
全球聚乳酸主要生產企業
NatureWorks長期占據聚乳酸行業半數以上市場;道達爾和科碧恩成立合資公司Total Corbion,于2017年在泰國投建萬噸級聚乳酸工廠,2018年12月正式投產;浙江海正于2015年擴建1萬噸聚乳酸,在當時產能位列全球第二。隨著聚乳酸合成技術打破國外壟斷并日趨成熟,中國聚乳酸產業已經進入發展的快車道,企業開始以萬噸級甚至十萬、百萬噸級規模規劃和建設聚乳酸項目。
于2015年立項啟動的浙江海正5萬噸聚乳酸項目預計將在2019年四季度釋放產能,屆時海正將形成聚乳酸產能6.5萬噸/年;九江科院生物化工有限公司2017年中首期千噸級工程建成投產,二期萬噸級高性能聚乳酸及改性生物降解材料生產線在建設中;2018年8月,吉林中糧生物萬噸級聚乳酸裝置試車成功,已開始籌劃建設年產10萬噸聚乳酸項目。 2018年,金丹生物新材料采用南京大學創立的有機胍催化定向聚合生產丙交酯和聚乳酸的工藝技術,已于河南建成“1萬噸/年L-丙交酯聯產1000噸/年聚L-乳酸”連續化生產裝置,預計2020 年擴建規模至10-15萬噸。 無錫南大綠色環境友好材料技術研究院有限公司采用南京大學“生物質有機胍催化法全綠色工藝合成聚乳酸”技術正在建設“5000 噸/年聚L-乳酸”連續化生產裝置,計劃實現穩定生產后立即開展10萬噸/年聚L-乳酸連續化生產裝置的設計與建設。 2018年上半年,恒天長江建成一條萬噸聚乳酸連續聚合熔融直紡纖維及制品生產線。采用自主研發的“聚乳酸熔體直紡”技術,不經切片,能耗成本降低30%,整體可節省2100元/噸。 2018年6月,豐原集團年產10萬噸聚乳酸項目于安徽固鎮縣奠基,目前固鎮豐原生物產業基地玉米--乳酸--丙交酯--聚乳酸的全產業鏈加工線正在建設中。2019年3月,通遼經濟技術開發區與豐原集團簽約“百萬噸級生物新材料聚乳酸”項目,該項目總投資120億元,計劃分三期建設,一期項目投資50億元,年產30萬噸聚乳酸,計劃2019年開工建設,2021年建成投產。
進出口數據
2007年至2008年初期,中國聚乳酸主要用于出口,國內需求小;2008-2015年期間出口量較為穩定,國內需求穩步增長,推動進口量不斷增長;2015-2018年期間,中國新建/擴建聚乳酸項目相繼釋放產能,且產品質量受國際市場認可度越來越高,出口量明顯上升;2017年來聚乳酸進口量的明顯增加,顯示出中國聚乳酸市場增長開始提速。
中國聚乳酸的市場正在保持穩步增長,且有加速增長的趨勢,而聚乳酸出口退稅率在2018年內兩度上調,從5%提高至10%,一定程度上給企業讓利,有利于聚乳酸企業開拓國際市場。
降解塑料的前景毋庸置疑,但目前國家對其的政策多集中在技術研究層面,目前尚未成熟的投入市場,對于我們塑料行業的沖擊不大。在國家對降解塑料市場尚未有明確的激勵機制之前,對于中國聚乳酸行業,應不斷降低生產成本,提高產品競爭力;加強產業鏈上下游合作,原材料制造商應密切關注下游制品需求,不斷改進材料性能,以市場為導向,擴大聚乳酸應用。對于塑料行業來講,更應做細做全,不斷提高產品輻射領域,擴大產業鏈的影響力,同時在生產和應用過程中避免環境污染,提高產業環保度。
聲明:本文摘自《塑料圈》