聚乳酸作为一种可以通过玉米等农作物发酵生成乳酸聚合制备的新型材料,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。
1
聚乳酸简介
新型塑料-“玉米塑料”-聚乳酸
聚乳酸(PLA)是一种具有优良的生物相容性和可生物降解性的合成高分子材料。它是一种完全自然循环型的可生物降解材料。
聚乳酸优势
聚乳酸劣势
聚乳酸中有大量的醋键,亲水性差,降低了它与其它物质的生物相容性。
聚合所得产物的相对分子量分布过宽,聚乳酸本身为线型聚合物,这都使聚乳酸材料的强度往往不能满足要求,脆性高,热变形温度低,抗冲击性差。
降解周期难以控制。
价格贵,乳酸价格以及聚合工艺决定了PLA的成本较高,这都促使人们对聚乳酸的改性展开深入的研究。
聚乳酸分子量对性能影响
1.5-5.0万:用作胶粘剂或缓释药物
5.0-10万:制膜
12-22万:纺织纤维
50万以上:骨固定材料
分子量分布太窄:不利于加工成型
分子量分布过宽:
较低分子量:制品易老化、起泡、强度低
较高分子量:熔体弹性增大,加工困难
中等分布较合适
聚乳酸构型对性能影响
左旋的L-PLA
半结晶高分子
能被人体完全代谢,无毒、无组织反应
右旋的D一PLA
半结晶高分子
机械强度较好
内消旋的D,L- PLA
非结晶高分子
降解速度快,强度耐久性差
2
聚乳酸应用
在生物医学上的应用
药物控制释放体系
骨科固定和组织修复材料
外科缝合线
在纺织领域的应用
衣料等家用织物
农业、园艺用布
手术衣、手术覆盖布、口罩
在包装领域的应用
包装带、包装用膜
农用薄膜、泡沫塑料
餐具
3
产业链与发展特点
聚乳酸产业链
聚乳酸产业发展特点
聚乳酸研、产、用一体化
聚乳酸与其它生物可降解材料进一步融合
聚乳酸发展和生态环境及资源的协调性备受重视
聚乳酸产品标准化出现全球化趋势
4
聚乳酸市场分析
市场分布
行业堡垒
市场规模
2011年聚乳酸全球市场约为18.2万吨,其中美国Nature works公司居于绝对霸主地位,其产量约占全球总量的70%以上。美国Nature works公司隶属于美国Cargill(全球第一大粮商),是目前世界上生物降解塑料产业化生产规模最大的公司,主要生产聚乳酸系列的生物降解塑料。
2011年中国进口聚乳酸原料约为4000吨左右,加上国内自身产量约3000-4000吨左右,全年市场容量约为7000一8000吨,每年增速约为15%。
市场价格
目前国内聚乳酸母料主要来源于Nature works、日本Unitika公司、国内海正生物、光华伟业等少数几家公司提供。
美国Nature works公司目前供应10大系列共30种母料,其对应注塑和吸塑市场的产品在国内市场的价格比国内同类产品价格贵20-30%,其在美国国内远低于中国市场价格。
海正生物目前提供7个不同级别的母料;光华伟业目前提供5个不同级别的母料。
截止2015年为止,我国聚乳酸表观消费量达到2.91万吨,根据相关专家预测数据可得:未来几年内,聚乳酸的表观消费及市 场容量都将逐步增长。
5
聚乳酸专利分析
自1987年至1999年国内申请人与聚乳酸相关的专利公开数仅为9件,自2000年公开数为6件,上升到2009年的265件,近十年来总量达到1215件。另外,国外申请人也看好中国聚乳酸市场,近十年来在中国申请专利的公开数量也逐年增加,总量为231件,占总量的16%。在国外申请人中,日本居多,为159件,占国外申请人数量的68.8%,占我国公开总数的11%。
国外聚乳酸研究开发起步较早,相关研究机构与厂商纷纷申请专利。由图可看出,日本的聚乳酸相关专利申请公开量最多;为2790件,足以说明其聚乳酸研究与开发大国地位,位居其次的美国为2431件。
国内外近十年来,在聚乳酸方面的研发成快速发展态势,其相关专利的申请量逐年上升,从2000的147件,到2009年的830件,年均增长46.5%。从相关专利公开可知,日本的专利数量远高于美国和欧盟,这在一定程度上表明了日本已开始打开中国聚乳酸市场的战略动向。
6
聚乳酸国内外企业
聚乳酸相关研究机构
7
聚乳酸产业进展
2015年我国聚乳酸行业重点企业分析
我国聚乳酸已建项目
目前聚乳酸的生产在我国仍属起步阶段,已建的生产线很少,且规模较小。
中科院长春应用化学所
中国科学院长春应用化学所的聚乳酸生产技术已取得了突破性进展。该研究所与企业合作,已经拥有30吨/年的生产能力,计划扩产达到5000吨/年。目前,该公司已经开展以聚乳酸为原料的制品开发,部分产品出口。
海正集团
早在1998年,位于台州的海正集团就组成科研小组,着手攻关聚乳酸。目前,该公司已掌握了乳酸的发酵、提取、聚合等多项关键技术,并在工艺设计中充分体现了环保和清洁生产的要求。由浙江海正集团有限公司研制的新型生物降解塑料一聚乳酸(PLA),目前已进入产业化中试阶段,计划两年内建成1万吨/年规模。
中国科学院成都有机化学有限公司
该公司以863项目“超高分子量聚-DL一乳酸及其骨折内固定系统“为基础,成功申请到2002年度国家高技术产业化新材料专项”可吸收聚乳酸生物医学材料及系列制件产业化项目“拨款400万;该项目建设规模为年产聚乳酸2000公斤;整个项目年产值将达到10亿元人民币。该项目顺利完成,成为我国生物医学材料产业化示范基地。
我国正建聚乳酸生产线
上海同杰良生物材料有限公司
上海同杰良生物材料有限公司是由同济大学和上海新立微生物公司合作成立,是目前国内唯一一家既有乳酸最新技术又有聚乳酸技术的实体。不久,该公司就可以形成千吨级聚乳酸“一步法”生产线;并计划投资超过1亿人民币,希望在两年内将产能提升到万吨级。
江苏九鼎集团
江苏九鼎集团自2000年开始涉足聚乳酸产品的研究开发工作,致力于开发低成本的通用型聚乳酸,2004年获得成功,同时开始和德国合作。目前该公司正建1000吨/年生产线,拟建1000吨/年薄膜、包装用聚乳酸生产线。
吉林经济技术开发区经济技术开发总公司
该公司拟开发的聚乳酸纤维,是由玉米淀粉发酵制得的乳酸经过聚合、熔融纺丝或干法纺丝制成,又称PLA纤维或玉米纤维。目前该公司年产5000吨玉米聚乳酸纤维项目已立项。
河南飘安集团
飘安集团与东华大学等国内几家科研机构共同研制开发的年产10000吨PLA聚乳酸生态环保医用卫材生产线,已经国家发改委批准立项,并将作为国债贴息扶持项目重点扶持。该生产线引进瑞士因文特菲蒂公司PLA生产线,德国福司来拿公司生产设备,以提取玉米纤维为原料。
我国聚乳酸拟建生产线
哈尔滨威力达药业公司
世界500强企业之一瑞士EMS集团伊文达.菲瑟公司,与哈市威力达药业公司合作建设聚乳酸项目,计划投资4亿元,以威力达药业原有淀粉和葡萄糖生产线为基础,建设占地约2万平方米的生产线,投产后每年可生产聚乳酸1万吨。
吉林粮食集团收储经销有限公司
该公司系吉粮集团内贸体系的龙头企业。主要从事玉米、水稻、大豆、豆粕、杂粮、杂豆等商品的贸易经营以及种子培育、玉米深加工、水稻加工、生物酶制剂的研发与生产。该公司拟建50000吨规模的聚乳酸生产线。
重庆博飞生化制品公司
该公司拟建5000吨/年L-乳酸和5000吨/年聚乳酸项目,总投资15000万元。
山东博兴兴粮玉米加工有限公司
山东博兴兴粮玉米加工有限公司采用国内先进的定型设备和工艺流程,以该公司生产的淀粉为原料,开发乳酸一L乳酸一聚乳酸等一系列淀粉深加工项目。项目建成后,年产乳酸20000吨,L一乳酸10000吨,聚乳酸4000吨。
秦皇岛骊哗淀粉股份有限公司
秦皇岛骊哗淀粉股份有限公司,是以原秦皇岛市抚宁淀粉葡萄糖厂为主发起人,于1998年12月完成国有企业公司制改造而创建的国有控股大二型医药企业。主要以玉米为原料生产玉米淀粉、口服葡萄糖、山梨醇等产品。其中年产玉米淀粉35万吨。该公司拟建2万吨聚乳酸生产线,需引进部分先进设备和技术,以提高产品质量和产量。该工程项目总投资为25000万元。合作方式为合资、合作。
其他拟建项目还有:济南新合纤拟建10000吨/年、华源集团拟建20000吨/年等。
乳酸相关项目
山东景芝集团有限公司
该公司已形成以经营白酒(5万吨/年)、保健酒、玉米淀粉(6万吨/年)、热电、蛋白饲料、纸制品为主的跨行业多元化发展企业,拟建5000吨/年L-乳酸生产线。
安徽丰原集团公司
丰原集团公司与比利时格拉特公司合作,在蚌埠建成用玉米作原料生产L乳酸的生产线,年产3万吨。产品主要出口欧洲。据报道,该生产技术目前除丰原外,仅美国与荷兰-合作企业掌握。
江西武藏野生物化工公司
该公司是由世界高品质乳酸制造商株式会社武藏野化学研究所和江西省科学院控股的江西省科院生物技术有限责任公司于2000年联合成立。目前该公司乳酸生产能力为1000T/年。
8
行业发展问题
降低成本:
开发低价格、性能更好的乳酸合成生物酶催化剂是降低植物一乳酸一聚乳酸产品链生产成本的关键;
原油价格近十年来从20美元/桶提高到了60美元/桶以上,而玉米价格基本保持稳定,也促使聚乳酸与传统合成树脂之间的价差缩小;
采用新技术能进一步降低生产成本,国外公司正在开发以价格低廉的生物质废料为原料生产聚乳酸技术。
政策支持:
禁塑令
9
行业发展建议
一是降低生物源环保塑料的进口关税和增值税,先进口低价原料以开启市场;
二是先发展高端市场及出口市场,如连锁店超市,航空,酒店等,以建立环保塑料加工行业 及销售管道;
三是立法限制使用非完全降解塑料,或者叫伪降解塑料,鼓励完全降解塑料的生产和使用;
四是开发改进技术,发展配方,改进性能,降低成本。