聚乳酸(PLA)是利用有機(jī)酸乳酸為原料生產(chǎn)的新型聚酯材料,，具有勝于現(xiàn)有塑料聚乙烯,、聚丙烯,、聚苯乙烯等材料的優(yōu)點(diǎn),，被產(chǎn)業(yè)界定為新世紀(jì)最有發(fā)展前途的新型包裝材料,，是環(huán)保包裝材料的-顆明星，在未來(lái)-將有望代替聚乙烯,、聚丙烯,、聚苯乙烯等材料用于塑料制品，應(yīng)用前景廣闊,。
聚乳酸的性能
聚乳酸有良好的生物可降解性,，使用后能被自然界中微生物完全降解，用它制成的各種制品埋在土壤中6至12個(gè)月即可完成自動(dòng)降解,。它使用后的廢物埋在土中或水中,，可在微生物分解下生成碳酸氣和水，它們?cè)陉?yáng)光下,，通過(guò)光合作用又會(huì)生成起始原料淀粉,。這樣經(jīng)過(guò)一個(gè)循環(huán)過(guò)程既能重新得到聚乳酸初始原料淀粉，又借助光合作用減少了空氣中二氧化碳的含量,。
聚乳酸有良好的機(jī)械性能及物理性能,，適用于吹塑、熱塑等各種加工方法,，加工方便,，應(yīng)用十分廣泛?？捎糜诩庸墓I(yè)到民用的各種塑料制品,、包裝食品、快餐飯盒,、無(wú)紡布,、工業(yè)及民用布。進(jìn)耐口工成農(nóng)用織物、保健織物,、抹布,、衛(wèi)生用品、室外防紫外線織物,、帳篷布,、地墊面等等，市場(chǎng)前景十分看好,。
聚乳酸有良好的相容性與可降解性,，在醫(yī)藥領(lǐng)域應(yīng)用也非常廣泛，如可生產(chǎn)一次性輸液用具,、免拆型手術(shù)縫合線等,，低子聚乳酸作藥物緩釋包裝劑等。
聚乳酸還是一種低能耗產(chǎn)品,，比以石油產(chǎn)品為原料生產(chǎn)的聚合物低30％～50％,。預(yù)計(jì)在不可再生的石油資源枯竭期到來(lái)之前，石油及其衍生物市場(chǎng)價(jià)格暴漲,，而可再生的產(chǎn)品必將成為全球范圍的緊俏消費(fèi)品,。
聚乳酸的工業(yè)化生產(chǎn)
聚乳酸生產(chǎn)是以乳酸為原料，傳統(tǒng)的乳酸發(fā)酵大多用淀粉質(zhì)原料,，目前美,、法、日等國(guó)家已開(kāi)發(fā)利用農(nóng)副產(chǎn)品為原料發(fā)酵生產(chǎn)乳酸,，進(jìn)而生產(chǎn)聚乳酸,。
美國(guó)LLC公司生產(chǎn)聚乳酸工藝為：玉米淀粉經(jīng)水解為葡萄糖，再用乳酸桿菌厭氧發(fā)酵,，發(fā)酵過(guò)程用液堿中和生成乳酸,，發(fā)酵液經(jīng)凈化后，用電滲析工藝,，制成純度達(dá)99．5％的L-乳酸,。由乳酸制PLA生產(chǎn)工藝有：(1)直接縮聚法，在真空下使用溶劑使脫水縮聚,。(2)非溶劑法,，使乳酸生成環(huán)狀二聚體丙交酯，在開(kāi)環(huán)縮聚成PLA,。
美國(guó)一家研究所研制成功把制乳酪后的廢棄土豆轉(zhuǎn)化為葡萄糖糖漿,，再用細(xì)菌發(fā)酵成含乳酸酵液，經(jīng)電滲析分離,、加熱使水分蒸發(fā)，得到可制薄膜與涂層的聚乳酸，可作保鮮袋及代替有聚乙烯和防水蠟的包裝材料,。
法國(guó)埃爾斯坦糖廠與一所大學(xué)研制出用甜菜為原料,，先分解成單糖，發(fā)酵生產(chǎn)乳酸,，再用化學(xué)方法將乳酸聚合為聚乳酸,，也可利用工業(yè)制糖工序的下腳料貧糖液來(lái)生產(chǎn)聚乳酸，生產(chǎn)成本大幅度下降,。
日本鐘紡公司以玉米為原料發(fā)酵生產(chǎn)聚乳酸,，利用聚乳酸制成生物降解性發(fā)泡材料。其過(guò)程是在聚乳酸中混入一種特殊添加劑,，對(duì)其分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行控制,，使之變?yōu)橐装l(fā)泡的微粒，再加入用碳水化合物制成有機(jī)化合物發(fā)泡劑,，在成型機(jī)中成型,、經(jīng)高壓水蒸氣加熱成發(fā)泡材料。該材料的強(qiáng)度壓縮應(yīng)力,、緩沖性,、耐藥性等與聚苯乙烯塑料相同，經(jīng)焚燒后不污染環(huán)境,，還可肥田,。
據(jù)有關(guān)媒體報(bào)道，歐洲生物降解塑料生產(chǎn)商---Hycail材料工業(yè)公司在提升聚乳酸（PLA）耐溫性的開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)方面最近取得突破,。
PLA材料耐高溫性能差一直是一個(gè)難于解決的問(wèn)題,，而新問(wèn)世的Hycail XM 1020材料可耐溫200℃而不變形，即使盛有脂肪和液體食品的材料經(jīng)微波加熱也不變形或應(yīng)力破壞,，可經(jīng)受205℃下微波加熱30分鐘,。目前，Hycail PLA材料在荷蘭的生產(chǎn)裝置每年已生產(chǎn)數(shù)百?lài)?，Hycail公司準(zhǔn)備建設(shè)產(chǎn)能至少為2．5萬(wàn)噸／年的大型裝置,。
我國(guó)目前已建的聚乳酸生產(chǎn)線，規(guī)模普遍較小,，通常為幾十噸或幾百?lài)?；可喜的是，擬建項(xiàng)目或擴(kuò)張項(xiàng)目規(guī)模大多達(dá)萬(wàn)噸級(jí),。相信在不久的將來(lái),，聚乳酸在我國(guó)的眾多領(lǐng)域?qū)⒋鎮(zhèn)鹘y(tǒng)產(chǎn)品，發(fā)揮其生物可降解功能,。
同濟(jì)大學(xué)材料與科學(xué)工程學(xué)院研制的生物高分子材料---聚乳酸最近在工博會(huì)拿到了創(chuàng)新獎(jiǎng),。這種俗稱(chēng)為“玉米塑料”的聚乳酸被認(rèn)為是由傳統(tǒng)化工塑料帶來(lái)“白色污染”的終結(jié)者,。
聚乳酸的原料不僅僅是玉米，其他多種作物都可以用于提取乳酸,。因此,，把聚乳酸稱(chēng)為“生物質(zhì)塑料”更為恰當(dāng)。
在石油,、煤等各種石化資源日益枯竭的今天,，生物資源的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用被全球科學(xué)家們關(guān)注，也帶動(dòng)了生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展,。這個(gè)新興產(chǎn)業(yè)就是利用農(nóng)作物,、畜禽糞便等可再生或循環(huán)的有機(jī)物質(zhì)為原料，通過(guò)生物化工方法生產(chǎn)燃料,、能源以及生物質(zhì)材料（包括塑料,、纖維等）。
據(jù)專(zhuān)業(yè)人士介紹,，目前全球只有美國(guó)一家公司能大規(guī)模生產(chǎn)聚乳酸,。該公司的生產(chǎn)工藝采用“二步法”，生產(chǎn)成本居高難下,，每噸售價(jià)在3000美元左右,。雖然價(jià)格高昂，卻擋不住市場(chǎng)的需求,，特別是發(fā)達(dá)國(guó)家更是花重金推廣,。
而在中國(guó)，這樣的高額價(jià)格顯然是市場(chǎng)難以接受的,。如何通過(guò)技術(shù)改進(jìn),，降低生產(chǎn)成本，從而生產(chǎn)出價(jià)廉物美的聚乳酸成為研究的重點(diǎn),。同時(shí),，同濟(jì)大學(xué)材料與科學(xué)工程學(xué)院這個(gè)課題也被列為上海首批29個(gè)“科教興市”產(chǎn)業(yè)化攻關(guān)項(xiàng)目之一。
在經(jīng)歷了8年研究,、1年產(chǎn)業(yè)化放大后,，同濟(jì)大學(xué)材料與科學(xué)工程學(xué)院終于研究出“一步法”提制聚乳酸的先進(jìn)工藝。通過(guò)生物工程技術(shù)和高分子合成技術(shù)有機(jī)結(jié)合,，“一步法”能將從玉米中提取的乳酸合成為聚乳酸粒子,，生產(chǎn)成本大大降低，出廠價(jià)約在1萬(wàn)元人民幣一噸,，接近目前化工塑料粒子的價(jià)格,。由此，聚乳酸具備了在中國(guó)推廣應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化的條件,。
聚乳酸的發(fā)展意義
聚乳酸在中國(guó)應(yīng)用的意義不僅僅體現(xiàn)在環(huán)保方面,，對(duì)于循環(huán)經(jīng)濟(jì),、節(jié)約型社會(huì)的建設(shè)也將有積極的作用?；に芰系脑咸崛∽圆豢稍偕幕唾Y源---石油,，而石油正在成為一種稀缺的消耗性資源。提取自植物的聚乳酸顯然有著取之不盡的原料供應(yīng)量,，而分解后的聚乳酸又將被植物吸收，形成一個(gè)物質(zhì)的循環(huán)利用,。 所以聚乳酸有 “在地球環(huán)境下容易被生物降解的”塑料之稱(chēng),。
而且相對(duì)于化工塑料，聚乳酸不會(huì)產(chǎn)生更多的二氧化碳,。因?yàn)榫廴樗岬脑?--玉米在生長(zhǎng)過(guò)程中通過(guò)植物的光合作用,，又會(huì)消耗二氧化碳。此外,，聚乳酸的產(chǎn)業(yè)化將大大提高農(nóng)作物的附加值,。以玉米為例，中國(guó)每年庫(kù)存達(dá)3000多萬(wàn)噸,，且大部分被當(dāng)作了飼料,，如果用于生產(chǎn)聚乳酸，形成“玉米－乳酸－聚乳酸－共聚共混物－各種應(yīng)用制品”的產(chǎn)業(yè)鏈,，可大大提高玉米的價(jià)格,，提高農(nóng)民收益。
之前,，農(nóng)用薄膜和方便食品的包裝或餐具已經(jīng)使用了聚乳酸,。但是，同利用石油和天然氣制造的塑料比較起來(lái),，利用植物制造的這種聚乳酸塑料,，成本較高，而且在60℃左右就會(huì)變形,。由于存在著這些缺點(diǎn),，這種材料至今難以普及。
盡管如此,，人們還是非?？春镁廴樗帷Ｒ粋€(gè)重要的原因,，就在于它是以植物作為原料,。聚乳酸有可能為解決世界面臨的化石燃料枯竭和地球變暖兩大難題做出巨大貢獻(xiàn)。
為了擺脫對(duì)日趨枯竭的石油資源的依賴(lài),，大力開(kāi)發(fā)環(huán)境友好的可生物降解的聚合物,，替代石油基塑料產(chǎn)品,，已成為當(dāng)前研究開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)。經(jīng)過(guò)多年的研究,，一些著名的科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)相繼推出了多種可生物降解聚合物,。而在眾多可生物降解聚合物中，剛剛進(jìn)入工業(yè)化大生產(chǎn)的聚乳酸異軍突起,，以其優(yōu)異的機(jī)械性能,，廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，顯著的環(huán)境效益和社會(huì)效益,，贏得了全球塑料行業(yè)的矚目和青睞,。預(yù)計(jì)在2005～2010年期間，隨著聚乳酸生產(chǎn)成本逼近傳統(tǒng)塑料成本,，市場(chǎng)應(yīng)用的大力拓展,，普及使用將進(jìn)入高峰期，聚乳酸建設(shè)熱潮將在全球展開(kāi),。
據(jù)預(yù)測(cè),，按照已探明的石油儲(chǔ)量并以目前的消費(fèi)量計(jì)，全球石油資源僅能夠消費(fèi)30多年,。預(yù)計(jì)在不可再生的石油資源枯竭期到來(lái)之前,，石油及其衍生物市場(chǎng)價(jià)格暴漲，而可再生的產(chǎn)品必將成為全球范圍的緊俏消費(fèi)品,。這樣,，就給聚乳酸帶來(lái)了千載難逢的市場(chǎng)機(jī)遇和巨大的消費(fèi)潛力。據(jù)統(tǒng)計(jì),，2000年世界塑料消費(fèi)量約1.15億噸,，如果10年～20年后替代石油基聚合物的消費(fèi)量按10％～20％計(jì)，世界聚乳酸需求量每年達(dá)1150萬(wàn)～2300萬(wàn)噸,。
降低成本,，提高與現(xiàn)有塑料的競(jìng)爭(zhēng)力仍然是今后聚乳酸工業(yè)發(fā)展需要解決的問(wèn)題。1998年初,，聚乳酸市場(chǎng)價(jià)格由5000美元／噸降至2500美元／噸,，目前價(jià)格比PET（聚對(duì)苯二甲酸乙二酯）價(jià)格便宜10％～15％，預(yù)計(jì)7年后,，聚乳酸價(jià)格可望達(dá)到能與所有熱塑性樹(shù)脂競(jìng)爭(zhēng)的水平,。卡吉爾陶氏公司計(jì)劃在今后10年內(nèi)投資10億美元,，分別在2006年,、2009年再建2套裝置，總能力達(dá)到45萬(wàn)噸／年,。
日本是世界聚乳酸重要的應(yīng)用開(kāi)發(fā)地區(qū)和應(yīng)用市場(chǎng),，主要用于包裝容器,、農(nóng)業(yè)、建筑業(yè),，纖維用運(yùn)動(dòng)服和被褥等,。日本稱(chēng)生物降解塑料為綠色塑料。為了擴(kuò)大市場(chǎng)份額,，卡吉爾陶氏乳酸公司宣布與三井化學(xué)品公司合作進(jìn)行聚乳酸的應(yīng)用開(kāi)發(fā),。今后還將與日本鐘紡合纖、三菱樹(shù)脂,、尤里卡,、可樂(lè)麗等用戶進(jìn)行合作應(yīng)用研究，開(kāi)拓新的應(yīng)用領(lǐng)域,。
據(jù)預(yù)測(cè)，今后幾年北美生物降解聚合物市場(chǎng)需求強(qiáng)勁,，2005年年均增長(zhǎng)率為7％,，達(dá)到160萬(wàn)噸，其中聚乳酸需求量近100萬(wàn)噸,。
不久前,，美國(guó)能源部向卡吉爾陶氏公司頒發(fā)200萬(wàn)美元獎(jiǎng)金，用于使用可再生資源的發(fā)酵研究,。另有200萬(wàn)美元資金用于從谷物纖維,、植物桿等發(fā)酵制聚乳酸和其他產(chǎn)品的研究。
根據(jù)我國(guó)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略,，以再生資源為原料,，采用生物技術(shù)生產(chǎn)生物降解的聚乳酸的市場(chǎng)潛力巨大。將糧食產(chǎn)品深加工,，生產(chǎn)高附加值的產(chǎn)品是實(shí)現(xiàn)跨越式經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重大舉措,。我國(guó)是世界產(chǎn)糧大國(guó)，玉米產(chǎn)量排在美國(guó)之后居世界第二位,。以玉米為原料,，引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，建設(shè)大型聚乳酸裝置有很大的發(fā)展空間,。
