聚乳酸行业报告

一、行业概述1.1聚乳酸简介1.1.2聚乳酸的基本性质聚乳酸(PLA)是以微生物的发酵产物L-乳酸为单体聚合成的一类聚合物，有独特的可生物降解性能、生物相容性能和降解后不会遗留任何环保问题等特点，将成为未来应用发展前景广阔的生态环保材料。聚乳酸耐水但是不能耐高温。虽然不是水溶性的，但是海洋环境中的微生物也能使之降解成二氧化碳和水。这种塑料类似透明的聚苯乙烯，表现出很好的外观（有光泽和透明度），但它是硬且脆的材料，在大多数实际应用中需要改性（例如用增塑剂来提高其柔韧性）。它可以和许多热塑性塑料一样被加工成纤维、薄膜，热成型或者注塑成型。1.1.3聚乳酸的应用经过十多年的研究和产业化发展，聚乳酸塑料在市场上已找到了生存的空间。聚乳酸的原料不仅可以是玉米，其他多种作物都可用于提取乳酸，因此，有人把聚乳酸称为“生物质塑料”。今后，聚乳酸进一步发展还有赖于进一步的技术突破，如新品种酶催化剂的开发成功，这类酶可利用低成本的生物质如谷物秆等而不是谷物本身来生产化工产品。随着聚乳酸生产技术的不断完善，应用领域的不断扩大，未来十年聚乳酸有望在一些应用领域逐渐取代性质相近的石油路线合成树脂如聚酯、聚苯乙烯，甚至聚乙烯和聚丙烯等，具有极大的发展潜力。进入21世纪以后，多途径开拓原料来源成为石油化工行业实现可持续发展的重要方面，也是石油化工技术进步和竞争力的重要体现。聚乳酸采用可再生原料生产，产品可完全降解，绿色环保，是最具发展潜力的生物降解材料之一。欧美日等发达国家近年来竞相投资开发和推进聚乳酸等生物降解塑料的产业化，其原因并不仅仅在于其可降解和环保，更主要的是聚乳酸可以替代逐渐减少、不可再生的化石原料资源，为石油化工生产开拓新的原料来源。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CollegeFarm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WildOats市场采用聚乳酸包装材料；俄亥俄州的AveryDennison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。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。③医疗用途除了环境友好外，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。1.1.4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。（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。1.2聚乳酸纤维简介聚乳酸纤维是一种天然材料聚合体，具有其它纤维没有的绿色性和优异的纤维性能，有望成为纺织工业新的经济增长点。一方面，现有合成纤维的资源基础（石油）总有枯竭的时候，而天然高分子在自然界的生物合成总量现在高达每年107~184×1012吨，利用率也很低。另一方面，现今人们对服装除了要求美观大方外，也越来越追求舒适性和功能性，还要考虑其环保性。而纤维素、淀粉和植物蛋白等植物资源，由于可以生物降解和循环再生，也是纺织产品发展的一大趋势。近年来，以植物资源为原料的新型纤维的研究和开发受到了世界各国的高度重视，它们不但原料来源丰富、拥有可再生及可生物降解的特点，而且比合成纤维具有穿着舒适性和对人体皮肤的亲和性。在这类纤维中，上世纪90年代末实现工业化的聚乳酸纤维无疑是最具发展潜力的一种。1.2.1聚乳酸纤维的“绿色性”发展“绿色工业”是实现可持续发展战略的基本出路，因此，是否符合“绿色化”要求是衡量一种新型纤维的生命力的先决条件。聚乳酸由乳酸合成，乳酸的原料为所有碳水化合物富集的物质，例如粮食（玉米、甜菜、土豆、山芋等）以及有机废弃物（玉米芯或其他农作物的根、茎、叶、皮；城巿有机废物；工业下脚料等），可以不断再生，这有利于摆脱石油化纤的原料短缺威胁。将有机废弃物转化为乳酸，对于环境和资源保护也具有深远的意义。聚乳酸所用的原料均无毒性，其中L-乳酸是一种有高生化活性及安全性的重要有机酸，被广泛应用于食品、化工、皮革、染料、化妆品、工业电子、农药、医药等领域。工艺中，发酵污水的处理不存在难题，聚合物合成过程无环境污染。虽然聚乳酸的纺丝可采用溶液纺丝和熔融纺丝来实现，但目前聚乳酸纤维的商业化生产均采取熔融纺丝工艺，如高速纺丝一步法或纺丝－拉伸二步法等，不使用有毒溶剂，简洁、清洁。与天然纤维棉相比，聚乳酸纤维亩产量大，例如，棉花的亩产量只有63Kg，而玉米的亩产量达325Kg，因此，同样1亩土地可以生产比棉纤维更多的聚乳酸纤维。除外，生产1吨棉纤维需要29000吨水，而生产1吨聚乳酸纤维的所需的水不到100吨。同时，聚乳酸的熔点比丙纶还低，生产聚乳酸纤维消耗的能源量少于三大合成纤维，也低于PTT和Lyocell纤维，产品的综合能耗是目前大类化学纤维生产中最低的。1.2.2聚乳酸纤维的制备聚乳酸在所有生物可降解聚合物中熔点最高，结晶度大，热稳定性好，加工温度在170~230℃之间，有良好的抗溶剂性，因此能用多种方式进行加工，如挤压、纺丝、双轴拉伸、注射吹塑。聚乳酸及其共聚物的纺丝可采用溶液纺丝和熔融纺丝工艺，主要采用干纺-热拉伸工艺，而干纺纤维的机械性能要优于熔纺纤维。研究表明，聚乳酸的分子量及其分布、纺丝溶液的组成及浓度、拉伸温度、聚乳酸的结晶度和纤维直径，都影响最终纤维的性能。1.2.3聚乳酸纤维的应用聚乳酸在纤维领域的应用正在受到关注，未来几年该领域将是聚乳酸增长最快的市场。聚乳酸纤维是由聚乳酸经常规纺丝工艺制得的生物合成纤维，其物理性能接近锦纶和涤纶，透气性和手感都好于涤纶，不易起静电，具有生物相容性，舒适性好，可制成复丝、单丝、短纤维、针织物、非织造布等，特别适合作内衣、外套和袜子，以及医用纺织品如医生、护士、病人穿的专门服装和病床的床单等，还可用作建筑材料、农业用材等。目前，聚乳酸纤维已制成复丝、单丝、短纤维、假捻变形丝、针织物和非织造布等，主要用于服装和产业领域。以聚乳酸纤维制得的布料具有真丝的光泽，优良的手感、亮度、吸水性、形状保持性及抗皱性，因此是较理想的面料，适合做服装尤其是女性服装。1998年，钟纺公司推出了聚乳酸纤维Lactron与棉、羊毛或其他天然纤维混纺制成的新型纺织品“KaneboCornFiber”，1999年又正式展出由Lactron纤维制成的纺织品。2000年，尤尼契卡在亚洲产业用纺织品展览会上展出的产品有聚乳酸纤维与Lyocell纤维交织的毛巾、袜、裤子、T恤衫、衬衣、裙子等。美国GargillDow公司的聚乳酸纤维Ingeo在服装市场、家用及装饰市场、非织造布市场、双组分纤维领域、卫生及医用等领域具有潜在的应用前景。美国杜邦公司开发生产的聚乳酸纤维产品So-rona，染色性能好，制成的人造皮革更柔软、更像真皮，可制成内衣、运动服、仿毛品、医疗用品、家用及汽车用装璜材料及宇航用品等，使用这种材料的运动衣吸汗性比棉制服装高3-4倍，如今已经应用在意大利的一些球队服装中。日本钟纺纤维公司近年来将聚乳酸纤维与棉、羊毛混纺制成衣料用织物，生产具有丝感外观的T恤、茄克衫、长袜及礼服。日本可乐丽公司开发的聚乳酸纤维Plas-tarch可以组成各种各样的复合纤维，可用在体育、制服、男装、女装、护理、装饰等多方面；另外，在农业材料、卫生材料、水产材料、造纸材料等方面也应用广泛。日本东丽公司将聚乳酸纤维用于制造家庭用地毯，可满足家用地毯对色牢度、手感、耐久性等方面的使用要求。日本钟纺合成化学公司与吴羽化学公司开发了聚乳酸纺粘布，可用于水过滤、土木工程与建筑用途等方面。近年来，欧美等工业发达国家的聚乳酸应用消费增长很快。据世界最大聚乳酸生产商CargillDow称，近两年该公司用户数量增长了2-3倍。医用、包装和纤维是三大热门领域，包装市场消费量约占聚乳酸总消费量的70%。中长期内，聚乳酸的消费结构将发生变化，虽然聚乳酸在包装市场用量上将有较大幅度增长，但所占比例呈下降趋势；纤维和纺织品将成为聚乳酸最大的消费市场，所占比例将提高到50%。此外，汽车和电子市场也将成为聚乳酸的主要应用市场。二、行业政策从宏观政策方面来看，国家对聚乳酸产业的政策导向主要有国家自然科学基金、863计划、973计划、科技攻关计划、火炬计划、科技型中小企业创新基金、国家高技术产业化专项等计划。在竞争日益激烈的国际形势下，国家发展和改革委员会为了推动我国新材料技术和产业的发展，不失时机地从2000年起组织实施了高技术产业化新材料专项。2007年1月国家发改委联合科学技术部、商务部和国家知识产权局发布了《当前优先发展的高技术产业化重点领域指南(2007年度)》确定了当前应优先发展的生物、新材料、能源等十大产业中的130项高技术产业化重点领域，以下是与聚乳酸产业相关的优先发展五大领域：1.生物医学材料骨、牙及关节系统用的生物活性修复替换材料，牙用人工材料和体内植入物，组织工程血管、人工心瓣膜等心血管系统替换材料和制品，软骨、骨、肌腱、皮肤、眼角膜等结构性组织，用于微创手术的材料和结构，介入导管和器件，介入性治疗材料，血浆代用品，血液净化材料和体外循环装置，医学材料表面处理设备。2.生物材料及产品用生物质生产聚乳酸、聚羟基烷酸、聚氨基酸和聚有机酸等生物可降解材料，可降解高分子材料与淀粉共混的环境友好材料，新型绿色生态可降解聚乳酸纤维，生物法多元醇纤维，生物化学品，包括生物乙烯，乳酸、1，3-丙二醇、丁醇系列产品，丁二酸、琥珀酸以及各种具有特定性能的有机酸产品，各种溶剂和医药中间体等。3.特种纤维材料高性能、高感性、高功能和环保型纤维，低成本、高性能、特种用途的玻璃纤维及其制品，绿色玻璃钢-热塑性复合材料制品，玻璃钢输气管道、轴承、渔船、汽车覆盖件。4.环境友好材料生态环境材料，环境友好光学玻璃材料，环保型可降解塑料，建筑与海洋防护用工程环保涂料，电子电器产品限用物质替代材料，