一篇了解聚乳酸：市場、生產(chǎn)流程、上下游產(chǎn)業(yè)

　　近些年，為了解決綠水青山和白色污染之間的矛盾，國家不斷健全相關法律法規(guī)，頒布了一系列切實可行的法令來限制塑料產(chǎn)品的使用，2020年頒布的《關于進一步加強塑料污染治理的意見》更是被稱為史上最嚴“禁塑令”。此規(guī)定明確提出禁止、限制部分塑料制品的生產(chǎn)、銷售和使用，對替代產(chǎn)品進行積極推廣。

圖：白色污染

　　隨著政策的深化落實，生物降解塑料由于接近普通塑料的性能及環(huán)保性，成為眾多生產(chǎn)廠家首選的替代材料。近兩年生物降解塑料市場產(chǎn)能增長較快的種類分別為PBAT、PLA和淀粉基塑料。其中聚乳酸是一種應用廣泛的材料，具有優(yōu)異的阻隔性能，高性能的聚乳酸更是PS、PP的絕佳替代品，未來需求量將快速增長。

　　一、什么是聚乳酸

　　聚乳酸(Poly lactic acid PLA)，又稱聚丙交酯，在自然界并不存在，一般以乳酸為主要原料聚合得到。

　　1913年法國科學家通過縮聚的方法合成聚乳酸，但是由于產(chǎn)量低，分子量小，力學性能差等原因，未得到廣泛重視。然而隨著技術的日臻完善，科學家的深入了解，其實用價值得到越來越多人的肯定。

　　目前聚乳酸已被公認為最有前途的新型生態(tài)材料，其生產(chǎn)原料乳酸是一種天然有機酸，由可再生生物質資源中獲得的糖通過發(fā)酵產(chǎn)生，其降解產(chǎn)物為二氧化碳和水，能夠通過植物光合作用在自然界中實現(xiàn)綠色循環(huán)。聚乳酸具有完全可降解性、高生物相容性和優(yōu)異機械性能的熱塑性材料，可作為石油基塑料的替代品，廣泛應用于工業(yè)、農業(yè)、林業(yè)、水利、建筑業(yè)、紡織業(yè)、食品包裝業(yè)、日常環(huán)保塑料制品、文體用具、醫(yī)療衛(wèi)生等各個領域。

　　二、如何制得聚乳酸?

　　聚乳酸的第一代原料是玉米，其可溯源為:玉米一>淀粉一>糖一>乳酸一>聚乳酸。只要含有淀粉、纖維素與半纖維素的天然生物質原料，都可用來生產(chǎn)乳酸，再經(jīng)聚合生產(chǎn)聚乳酸。為避免"與人爭糧、與糧爭地”，也可采用非糧作物(如木薯)作為原料，甚至稻草、秸稈等農業(yè)廢棄物為原料來生產(chǎn)乳酸，進而生產(chǎn)聚乳酸。

　　三、制備聚乳酸的兩種主要方法

　　一步法，又稱為直接縮聚法，該方法是將乳酸單體經(jīng)過脫水縮聚，直接縮聚合成低聚物，之后加入催化劑，持續(xù)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。該方法，生產(chǎn)流程短、成本低，但是反應過程中會有水的產(chǎn)生，目前還沒形成排除水的有效方法，進而PLA分子量難以得到有效提升，產(chǎn)品機械性能差，限制了其工業(yè)應用。目前國內僅有上海同杰良公司采用該技術。

　　二步法，又稱丙交酯開環(huán)聚合法，此方法先利用乳酸反應生成低聚物，之后解聚生成中間體即丙交酯，再通過開環(huán)聚合制得聚乳酸，核心技術在于丙交酯的合成和純化。此方法，雖然工藝復雜，成本較高，但是制備的聚乳酸在分子量、微觀結構方面都可控、可調，因此是目前市場中應用最多的聚乳酸制備方法。

　　無論哪種方法，都以乳酸作為原料，乳酸的提取在整個聚乳酸生產(chǎn)鏈中最為關鍵。那么該如何生產(chǎn)乳酸呢？鄭州天一萃取推出CWL-M系列多級連續(xù)離心萃取機裝置，通過發(fā)酵液萃取-洗滌-反萃-濃縮等工藝可大幅度提高有機酸的純度和生產(chǎn)效率，最終得到較為純凈的有機酸，有機酸鹽或/及其他有機酸產(chǎn)品。

圖：鄭州天一CWL-M系列離心萃取工藝提取乳酸現(xiàn)場案例

　　該工藝技術特點如下：1、效率高：耦合吸附分離后原液中乳酸殘存濃度較低;2、選擇性強：只吸附乳酸及其極性相同物質，不吸附其它物質;3生產(chǎn)成本低：由于耦合吸附分離在常壓下進行，不需要消耗其它原材料;4分離質量高：產(chǎn)品質量指標達到和部分超過國際同類產(chǎn)品水平;5生產(chǎn)工藝流程簡化;6勞動條件和生產(chǎn)環(huán)境明顯改善。

　　四、聚乳酸產(chǎn)業(yè)未來可期

　　聚乳酸產(chǎn)業(yè)的上游為各類基本原料如玉米、甘蔗、甜菜等，中游是聚乳酸的制備，下游主要是聚乳酸的應用，包括環(huán)保餐具、環(huán)保包裝等。

　　1、上游產(chǎn)業(yè)

　　據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計2016至2021年間，全國玉米產(chǎn)量穩(wěn)定在2.6~2.7億噸之間，種植面積則在4100~4400萬公頃之間，規(guī)模龐大。由此推測我國玉米供應量未來將長期保持穩(wěn)定狀態(tài)。對于其他原料，如甘蔗和甜菜，2021年我國總產(chǎn)量為1566.2萬噸，雖先比之前有所下降，但仍屬于正常水平。目前全球各生產(chǎn)產(chǎn)商也在努力探求新的的乳酸制備方式，例如使用秸稈、木屑等木制纖維中的糖源制備乳酸或者是探索利用甲烷制造乳酸的方法等?？傊?，聚乳酸上游產(chǎn)業(yè)供應量在未來將長期穩(wěn)定。

　　2、中游產(chǎn)業(yè)

　　在政策與需求的雙重促進作用下，聚乳酸在國內市場消費量不斷增加，2021國內消費量為48071.9噸，同比增加40%。國內企業(yè)在2021年-2023年紛紛加大了對PLA的產(chǎn)能投資;從產(chǎn)能上看，國家發(fā)展和改革委員會及環(huán)資司預計到2025年，我國PLA年產(chǎn)能將在100萬噸以上，約占全球產(chǎn)能三分之二以上，成為世界PLA產(chǎn)能第一的國家。

　　3、下游產(chǎn)業(yè)

　　在下游產(chǎn)業(yè)中，聚乳酸已被廣泛應用于農業(yè)，醫(yī)療用具，餐具、膜袋類包裝品等產(chǎn)品和領域。我國是世界上地膜使用量最多、覆蓋面積最大的國家，每年大概要使用約145萬噸地膜，占全球總量的75%，農作物覆蓋面積近3億畝。如果可降解地膜能夠得到廣泛推廣，聚乳酸行業(yè)將迎來巨大發(fā)展空間。

　　近年來，受疫情影響，我國外賣餐飲市場規(guī)模飛速發(fā)展，在線外賣收入占全國餐飲業(yè)收入比重的21.4%，一舉突破萬億規(guī)模。與國民經(jīng)濟的其它行業(yè)相比，外賣是一個極度依賴包裝的行業(yè)。據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，僅2018年所消耗掉的外賣包裝大約為231萬噸。其中近八成是塑料制品。隨著禁塑令的落實，可以預計塑料制品的外賣包裝將會逐漸替換為可降解塑料制品，對聚乳酸的需求巨大。