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随着社会的进步,环境和资源问题越来越受到人们的重视。以石油为原料的塑料材料应用广泛,但难以回收利用,造成了严重的“白色污染”。而且石油资源不可再生,大量的不合理使用给人类带来了严重的资源短缺问题。降解材料的出现尤其是降解材料原材料的可再生性为解决这一问题提供了有效的手段。聚乳酸(PLA)是以淀粉发酵得到的乳酸为基本原料制备而成的一种环境友好材料,它不仅具有良好的物理性能,还具有良好的生物相容性和降解性能,在堆肥条件下2-3月内即可完全分解。PLA已成为21世纪最具发展前景的绿色环保材料之一,可广泛用于医学、纺织和包装材料等领域。
一 技术进展
PLA的制备方法主要有直接聚合法(一步法)、丙交酯开环聚合法(两步法)和丙交酯与其他单体的共同聚合法(共聚法)3种。一步法通常在体系中存在游离酸、水、聚酯及丙交酯,不易得到高分子量的聚合物,工艺流程短,较为经济,但目前尚处于实验室阶段。日本三井化学对一步法已做过多年研究,最近宣布放弃,我国只有同济大学在研究。两步法可以聚合出分子量高达70万-100万的PLA,但此法涉及丙交酯的合成与提纯,工艺流程较长。该方法生产技术较为成熟,且实现了大规模工业化应用。共聚法主要是指丙交酯与其他单体如乙交酯(GA)、乙酸内酯(E-CL)和乙二醇(EG)等进行共同聚合制得改性PLA的生产方法,该方法尚处于研究阶段。
二 国内推进产业化进程
世界上PLA的大型生产企业主要集中在美国、日本和西欧,这些国家的PLA研发和生产水平也处于领先地位。Nature Works 公司是嘉吉公司的全资子公司,在美国内布拉斯加州布莱尔市设有14万t/a的PLA厂,生产不同牌号的PLA。日本的丰田、荷兰的Hycail也已分别建成1000-3000t/a的PLA生产装置。
国内许多科研单位和企业也在实施PLA产业化工作。浙江海正公司建有一个实验室装置,正计划建1万t/a规模的生产厂,上海同济、河南飘安、江苏九鼎等单位都有实验室装置,还有不少实验室在合成医用级PLA。国内部分在建和拟建PLA项目见表1。
表1 国内部分在建或拟建PLA项目 万t/a
公司 | 能力 | 状态 | 备注 |
浙江海正 | 1.0 | 拟建 | - |
上海同济 | 0.1 | 在建 | 一步法 |
河南飘安 | 1.0 | 拟建 | 用于无纺布 |
江苏九鼎 | 0.1 | 在建 | 用于薄膜、包装 |
| 1.0 | 拟建 | 用于薄膜、包装 |
哈尔滨威力达 | 1.0 | 拟建 | 投资5000万美元 |
济南新合纤 | 1.0 | 拟建 | - |
华源集团 | 2.0 | 拟建 | 用于纤维 |
秦皇岛丽华 | 2.0 | 拟建 | 投资3000万美元 |
丰原格拉特 | 2.0 | 拟建 | 投资3000万美元 |
三 中国可能是未来PLA最大的市场
2008年北京奥运会、2010年上海世博会以及近期石油和塑料价格高涨为我国生物可降解塑料带来了良好的发展机遇。我国政府已对生物降解塑料和可再生资源显示出强烈的兴趣,从“八五”到“十五”PLA都被列为重点攻关项目;国家中长期发展规划中初步确定在PLA/生物降解塑料/生物质能领域投资90亿元人民币;政府还将以减免税收、无息贷款等各种方式支持和推进生物降解塑料的发展。2005年3月,国家批准了生物质能项目,启动了PLA计划。
预计2020年我国PLA潜在市场需求量有可能爆炸性的达800万-1000万t。其中一次性包装领域约150万t,无纺布约30万-60万t,农膜约200万t,一次性医用材料(输液管等)约30万t。此外,PLA还可用于玩具、文具、家电(手机、笔记本电脑等)等领域。
国内市场看好,吸引了国外公司纷纷进军我国。Nature Works公司的PLA纤维(Ingeo®)和非纤维用途PLA树脂已于2004年和2005年2月先后进入中国市场,该公司希望在2-3年内形成上万吨的PLA市场容量后,将于2008年奥运会前在中国建立5万-10万t/a的PLA装置。Inventa Fisher也正与数家国内企业洽谈PLA项目。
四 发展建议
PLA及降解塑料未来市场的大小主要取决于其价格和性能(如更好的气体阻隔性)。PLA最终产品价格一般比PE、PP产品高50%-100%,因此目前PLA仍被限制于高端、低容量的市场,还没有合适的等级用来制造低价薄膜、包装袋、长保质期饮料瓶等;没有足够的改性复合配方来解决产品的强度和弹性问题。另外,国内缺乏立法和强制措施来限制非生物降解产品的使用。
1.政府推动PLA发展 政府可考虑免除降解塑料产品的所有营业税、关税和增值税,为PLA打开市场;对不完全降解的塑料生产商和分销商征收废弃物处置费;禁止使用导致长期环境问题的不完全降解塑料(或者至少针对一次性产品);强制高端市场使用降解塑料(如连锁店、大城市、航空公司、家电、化妆品等),因为它们承受价格差别的能力较强,例如今年10月,全球最大的连锁店沃尔玛公司宣布其包装袋全部采用PLA。
2.避免过早投资小型PLA厂 过早建太多小型PLA厂,将导致恶性竞争,扼杀未成熟产业。PLA市场的开启并非易事,需投入大量资金而数年内没有回报。建设5万t/a的装置至少投入5亿-10亿人民币,要花数年时间才能收回投资,而规模小、投资低的工厂又没有竞争力,在技术方面也存在一些问题。所以,在PLA市场未成形前投资须谨慎。建议使用经过验证的技术,以约1:10的比例对产能进行放大,如从300-500t/a到5000t/a,再到5万-10万t/a。
另外,可考虑与国外公司合作生产PLA。最快和最经济的途径是从下游开始,先开拓市场,再谈合作建厂。
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