聚乳酸行业的发展现状及发展趋势

薛月圆

（吕梁学院 化学化工系，山西 吕梁 033000）

聚乳酸行业的发展现状及发展趋势

薛月圆

（吕梁学院 化学化工系，山西 吕梁 033000）

聚乳酸作为一种新型材料，具有优良的物理性能、良好的生物相容性及生物降解性，因而被广泛地应用于日用、医用等领域。对聚乳酸的生产技术、应用进行了论述，对聚乳酸行业的发展现状进行了详细的描述；就目前而言，受原料及聚合技术的影响，聚乳酸真正替代石油基的塑料制品还需要很长的路要走。

聚乳酸；发展现状；发展趋势

1 概述

1.1 历史背景

塑料曾经一度被称为20世纪最伟大的发明之一，塑料的诞生无疑给人们的生活带来了巨大的便利和深远的影响，人类在享受它带来的便利的同时，也遭受着它带来的巨大的环境问题。据报道，人类生活每天所产生的垃圾大部分都通过不同的渠道流向海洋。除了人们所知的七个大陆，在太平洋最人迹罕至的地方，又有一个“新大陆”正在生成——这个“新大陆”完全是由塑料垃圾堆起来的，人们把它称为“第八大陆”。这个巨大的垃圾岛，面积是英国的六倍，这些塑料垃圾自身降解需要两百年的时间；且制造这些塑料垃圾的原料基本都源于不可再生能源——石油，人类在排放大量塑料垃圾的同时也造成了巨大的能源浪费[1]。

面对塑料带来的环境问题，寻找一种非石油基、易降解的塑料替代品是人类共同的愿望。聚乳酸（PLA）合成技术便在这样的背景下应运而生。作为一种新型材料，聚乳酸具有许多优良的物理机械性能、良好的生物相容性及生物降解性，已成为一种重要的降解材料之一[1-5]。

环境友好、节约不可再生能源、循环经济是聚乳酸制品的最大特点，因而也成为近年来开发研究最活跃、发展最快的生物可降解材料；也是目前唯一一种可与石油基塑料相竞争的植物基塑料。

聚乳酸的聚合是以乳酸为单体，而目前国内外乳酸的生产方法主要为生物发酵法，所用的原料多为玉米、马铃薯等富含淀粉的农作物。聚乳酸制品废弃后，掩埋在土壤中6～12个月便可发生降解[6]，降解后生成二氧化碳和水，二氧化碳通过农作物的光合作用吸收之后循环利用，便形成了循环经济。

1.2 聚乳酸的用途

1.2.1 日用品

聚乳酸有良好的可生物降解性，能被酸、碱、生物酶、微生物等降解，这些特性使得它在生活用品领域有广泛的应用。可口可乐公司在盐湖城冬奥会上用了50万只一次性杯子，全部是用聚乳酸塑料制成的，这些杯子只需40天就可在露天环境下消失得无影无踪。2004年，美国College Farm牌糖果开始采用以生物降解聚乳酸树脂生产的包装薄膜，这种薄膜外观和性能与传统糖果包装膜（玻璃纸或双向拉伸聚丙烯膜）相同，具有结晶透明性、极好的扭结保持性、可印刷性和强度，并且阻隔性较高，能更好地保留糖果的香味。特拉华州Monte新鲜产品公司于2004年底开始在其Wild Oats市场采用聚乳酸包装材料；俄亥俄州的Avery Dennison公司也采用聚乳酸薄膜作为自粘性标签底膜；从2004年12月开始，美国Biota矿泉水公司采用聚乳酸材料制饮料瓶。2005年比利时零售商Delhaize开始使用聚乳酸新鲜生菜包装箱，并进一步用于粮食、水果和蔬菜包装。2005年11月全球零售业巨头沃尔玛将所有产品包装改换成聚乳酸（PLA）塑料制品。此外，一些像麦当劳这样的跨国公司也已开始使用聚乳酸制成的一次性餐具和其他用品。目前在国内，受产品成本影响，聚乳酸制品还没有大规模的使用。

1.2.2 纤维

聚乳酸纤维具有很多优异的性能，如比PET亲水性好、悬垂性、舒适性和手感好、回弹性好、较好的卷曲性和卷曲持久性、收缩率可以控制；强度高、抗紫外稳定性好、比PET密度小、可以用分散性染料染色、成型加工性好、热粘结温度可以控制、结晶熔融温度可以在120～170℃范围内变化、可燃性低、发烟量小。这些特性刺激了聚乳酸纤维在纤维和非织造布领域的应用，并且聚乳酸纤维可以制成圆截面的单丝或复丝、三叶形截面的BCF（可用于织造地毯和毛毡）、卷曲或非卷曲的短纤维、双组份纤维、纺粘非织造布和熔喷非织造布等，这使聚乳酸纤维在服装市场、家用及装饰市场、非织造布市场、双组份纤维领域有重要的用途[7-11]。

1.2.3 医疗器械

除了环境友好外，聚乳酸纤维还有一个重要的优点就是生物相容性好，在这方面它有一些传统医疗器械无可比拟的优点。例如以前治疗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；而使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。此外聚乳酸纤维已在一些专门领域获得较为成功的应用，如生产一次性输液用具、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，这在很大程度上减轻了医用垃圾对环境的压力[9]。

1.3 聚乳酸的生产工艺

目前掌握聚乳酸大批量生产技术的国家为数不多，所以工艺技术保密性非常高，已知其工艺路线大致可分为两类：（1）聚乳酸直接聚合法。先将富含淀粉的农作物转化成葡萄糖溶液；然后将葡萄糖溶液经过特殊的发酵过程（以生物酶为催化剂）转化成乳酸；最后经过提纯和浓缩的乳酸采用直接聚合（见图1）。（2）丙交酯开环聚合法。乳酸脱水环化制成环状二乳酸（丙交酯）；环状二乳酸再开环聚合的方法得到聚乳酸（见图2）[12-14]。

图1 聚乳酸直接聚合法

图2 丙交酯开环聚合法

2 聚乳酸的发展历史和现状

2.1 聚乳酸产业在国外的发展历史

早在20世纪30年代末，美国、日本的科学家就开始进行聚乳酸的合成研究，但由于原料成本高，一直未得到推广。进入20世纪80年代，受石油短缺和环保压力的驱使世界对生物可降解材料的研究和发展再次活跃。在玉米的深加工技术中努力研制聚乳酸的先驱是日本的钟纺合纤公司和美国的卡吉尔·道（Cagill Daw）聚合物公司。早在20世纪60～70年代，日本钟纺合纤公司在生物可降解塑料筛选中发现了聚乳酸的生物可降解性。在此期间Cargill Daw公司开发了能从玉米产生聚乳酸纤维的工艺。最后由日本钟纺合纤公司联合岛津制作所于1994年共同开发出了商品名为Lactron的PLA纤维，又称作玉米纤维。

1997年，Dow聚合物公司看好聚乳酸纤维的后期发展，与Cargill Daw公司以各占50%的股份建造了年产量达14万吨的生产线，并于2002年投产，商品名为“Nature Works”。2005年，Nature Works公司从Dow和Cargill Daw公司中独立出来，更名为英吉尔（Ingeo），至此英吉尔公司成为世界上最大的聚乳酸生产厂家。目前全世界有100多家使用英吉尔生产的原料和消费品，其中包括了食品包装、餐具、服装、家居用品、个人护理产品以及消费类电子产品。此外，德国Uhde Inventa - Fischer公司、意大利Snamp rogetti公司、荷兰Hycail公司、德国巴斯夫公司等也开发了聚乳酸生产技术。

毫无疑问，日本是最精明的。日本并没有丰富的玉米资源，不可能像美国、中国等玉米资源大国一样不断地生产聚乳酸，但日本人善于设计和创造。自从美国卡吉尔陶氏（Cargill-Dow）公司发明聚乳酸后，日本就开始了他们的玉米塑料产品加工的研制和创新，据世界聚乳酸发展势态专利系列分析报告称，在1985-2005年的20年间申请专利数目最多的前十位专利拥有权人都是日本人，他们在聚乳酸方面申请的专利占到了在此期间总专利数的50%，日本人在聚乳酸的改性和产品的开发力上可见一斑。

2.2 聚乳酸产业在中国的发展历史及现状

在中国，聚乳酸产业的发展要相对滞后，中科院长春应化所自2000年开始把研究重点聚焦到聚乳酸的研究这一重大方向上，与浙江海正集团开展了联合攻关，经过7年多的不懈努力，课题组深入开展了从乳酸到丙交酯单体的制备及其聚合得到聚乳酸的最佳反应条件和工艺探索，将丙交酯的收率从90%提高到97%；设计并合成了具有自主知识产权的用于低聚乳酸裂解制备丙交酯单体、本体聚合的催化剂。他们以L-乳酸为起始原料通过若干步骤化学合成和聚合方法，优化工艺条件，进行生产设备改造，最终得到可工业应用的聚L-乳酸树脂（PLA）及PLA一次性应用制品。PLA的基本物理性能达到了国外同类产品的指标，为万吨级产业化生产提供了合理的技术参数。该项目于2008年投产，5 000吨/年聚乳酸生产线已实现批量生产，产品60%出口欧洲和日本等国。

除海正外，南通九鼎生物工程有限公司和江西武藏野生物化工有限公司都分别有3 000吨的年生产能力。南通九鼎生物工程有限公司预计于今年将产量扩大到20 000吨/年。

同时不可忽视的是位于汕头市的罗宾生化科技有限公司和成祥高聚物科技有限公司，他们虽不生产原料但提供改性聚乳酸原料和成品的能力惊人，达到了25 000吨，这两个公司的技术支持分别是美国Nature Works公司和Shinoka公司。

此外深圳市光华伟业实业有限公司、上海同杰良生物材料有限公司也是专门生产并提供聚乳酸原料和产品的厂家，其中上海同杰良生物材料有限公司称该公司拥有乳酸最新技术和聚乳酸技术，但目前尚未实现规模化生产。

宁波环球生物材料有限公司是一家外商投资企业，他们由美国CDP公司提供技术支持，专门从事聚乳酸的改性和产品的研发，目前该公司在流延薄膜加工上寻求加工工厂，且每月仅提供流延膜加工的原料达200吨，由此可知该公司每年能提供的原料量至少不会低于2 400吨。

最后值得注意的是安徽蚌埠的丰原集团，该公司的L-乳酸产量亚洲最大，据悉国内几家生产聚乳酸的厂家原料都是来自该公司。但该公司仅提供L-乳酸及其盐类系列产品，聚乳酸技术正在研制当中。毫无疑问，安徽丰原如果加入聚乳酸生产企业的行列，仅在原料成本上就足以对其它企业构成威胁。

3 市场前景

3.1 市场前景

据国际模具及五金塑胶产业供应商协会秘书长罗百辉介绍，全球塑料消费量2010年超过2.5亿吨，中国2010年合成树脂表观消费量为6 500万吨；加上循环利用的和填充物及各种助剂，塑料的实际消费量在8 000万吨左右。且全球的每年塑料的消费量持续以每年超过3%的速率增长，如果将其中的百分之一用聚乳酸代替就有250万吨的市场容量，而目前粗略统计的全球聚乳酸产量远小于250万吨，所以聚乳酸的发展前景非常好。

3.2 现阶段我国聚乳酸产业存在的问题

3.2.1 成本问题

目前生产1吨聚乳酸大约消耗1.6吨的乳酸，按目前的乳酸市场价格计算，加上其它成本，生产1吨聚乳酸的成本要远高于石油基的塑料产品，所以聚乳酸制品要大规模的替代石油基的塑料产品，首先在很大程度上依赖于生物发酵和乳酸的提纯技术，只有乳酸的成本真正下降到一个合理的区间，聚乳酸制品才会有竞争力。

3.2.2 技术问题

目前国内真正掌握聚乳酸生产技术并实现规模化生产的企业并不多，这和国内的研发模式有很大关系。目前国内的研发主要集中在高校，很难和企业直接对接，真正走海正——长春应化所这条路线的还不多，这样很难在技术上形成百花齐放的局面。掌握了技术的企业因为在研发上投入较大，所以在技术上保密工作也做得非常到位，这就形成少数厂家掌握技术而导致聚乳酸制品价位高的局面。

4 结束语

就目前国内关于聚乳酸的报道，可谓“雷声大雨点小”，各个公司对外宣称实现了规模化生产且产能较大，但真正达产的企业凤毛麟角，且在生产过程中遇到的问题也非常多。

除上述成本和技术因素外，聚乳酸制品的推广很大程度上依赖于国家政策的导向[15]，如果国家对相关企业予以扶持，在产品的推广方面加大宣传力度，同时限制石油基塑料产品的使用，将会适当提高聚乳酸制品的竞争力。但就目前而言，聚乳酸替代石油基的塑料制品，还需要很长一段时间。

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（责任编辑、校对：琚行松）

Current Situation and Future Development Trends of the Polylactide

XUE Yue-yuan
(Department of Chemistry, Lvliang College, Lvliang 033000, China)

As a new material, polylactic acid has excellent physical properties, good biocompatibility and biodegradability. For this reason, it is widely used in daily use, medical and other fields. The production technology and applications of polylactic acid, carried out a detailed expression of the development of the industry status quo of the polylactic acid have been described in detail. As so far, for the impact of raw materials and polymertechnology the polylactide real alternative to petroleum based plastics will take a very long way to go.

polylactic acid; development status; development trends

F416.72

A

1009-9115(2012)05-0026-04 V

2012-05-04

薛月圆（1978-），女，山西吕梁人，硕士，讲师，研究方向为有机化学。