聚乳酸作為新型生物降解材料,具環保、減石油依賴、減碳優勢,力學性能好,成纖性優異,安全性高。市場需求增長,政策支持,成本優勢,有利于大規模推廣替代傳統塑料。聚乳酸作為一種新型的生物降解材料,被專家認為可以代替傳統塑料。
原因主要有以下幾點:
環保優勢:
可生物降解性:聚乳酸的主鏈上有大量酯鍵,是有機物中比較容易斷裂的化學鍵,故易于降解。在堆肥條件下 8-25 周即可降解,即使在自然條件下 3-5 年也會完全降解,而傳統塑料降解的時間則在百年以上,其降解產物為二氧化碳和水,不會對環境造成長期污染。
減少石油資源依賴:聚乳酸來源于生物質材料,如玉米、蔗糖等,主要以植物資源為原料制成,可降低對石油資源的依賴,有助于優化資源利用,符合可持續發展的要求,而傳統塑料多以石油為原料,石油是不可再生資源。
減碳特性:2021 年工信部《“十四五” 工業綠色發展規劃》中明確提出將聚乳酸作為綠色低碳材料推廣。其生產過程相對環保,碳排放量遠低于傳統塑料,更符合當下全球綠色低碳發展的趨勢。
生產技術方面:
直接縮聚法:在脫水劑的存在下,乳酸分子中的羥基和羧基受熱脫水,直接縮聚合成低聚物。加入催化劑,繼續升溫,低相對分子質量的聚乳酸聚合成更高相對分子量的聚乳酸。
二步法:先使乳酸生成環狀二聚體丙交酯,再開環縮聚成聚乳酸。這一技術較為成熟,美國 NatureWorks 公司生產聚乳酸工藝的工藝即為該工藝。
反應擠出制備:用間歇式攪拌反應器和雙螺桿擠出機組合,進行連續的熔融聚合實驗,可獲得由乳酸通過連續熔融縮聚制得的分子量達 150,000 的聚乳酸。
開環聚合法:以乳酸為主要原料聚合得到的聚合物,原料來源充分而且可以再生,主要以玉米、木薯等為原料。通過技術的創新與改進,直接聚合法取得了一定的進展,應該在不久的將來隨著技術的不斷成熟,能夠應用于工業化的大生產中去。
固相聚合法:將直接聚合法得到的低分子量樹脂在減壓真空、溫度在 Tg—Tm 之間的條件下進行聚合反應得到,以提高其聚合度,增加分子量,從而提高材料強度和加工性能。
性能優勢:
力學性能良好:聚乳酸具有較好的硬度、強度和耐久性等力學性能,其數據接近傳統塑料,適用于吹塑、熱塑等各種加工方法,可用于加工從工業到民用的各種塑料制品,如包裝食品、快餐飯盒、無紡布、工業及民用布等,能滿足不同領域的使用需求。
良好的成纖性:聚乳酸纖維性能優異,具有質量輕、強度高、抑菌性好、回彈性好、難燃燒、抗紫外線燈優良特性,可以純紡,也可以與棉、粘膠、莫代爾、天絲、竹纖維、羊毛等混紡,具有較好的化學惰性,對許多溶劑包括干洗劑穩定,未來有望在紡織領域部分替代滌綸 / 聚酯等產品。
安全性高:聚乳酸來源于植物,其原料乳酸本就是人體內的單體,安全性高,食物安全性也很高,并且在焚化時,其燃燒熱值與焚化紙類相同,是焚化傳統塑料的一半,而且不會釋放出氮化物、硫化物等有毒氣體。
市場及政策優勢:
市場需求增長:隨著消費者環保意識的不斷提高,對環保產品的需求也日益增加,尤其是在歐美國家,消費者更愿意購買對環境友好的產品,這為聚乳酸的市場推廣提供了有利條件。同時,全球反塑料運動的興起以及各國政府對環保產業的扶持力度加大,也促使聚乳酸市場需求量持續猛增。
政策支持:近年來,我國 “限塑” 工作已經上升為國家戰略,一系列限塑政策的出臺,如 2008 年的《關于限制生產銷售使用塑料購物袋的通知》以及 “史上最嚴限塑令”《關于進一步加強塑料污染治理的意見》等,推動了傳統塑料向可降解塑料的轉化,為聚乳酸等可降解材料的發展提供了廣闊的市場空間。
成本優勢
隨著科技的進步和生產工藝的改進,聚乳酸的生產成本已經有所降低,并且與其他類型的生物可降解材料相比,聚乳酸不僅生產工藝相對成熟,產能領先,而且有明顯的成本優勢,有利于其在多領域大規模推廣,使其在替代傳統塑料時更具經濟競爭力。
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