聚乳酸(PLA)是一种以可再生植物资源(如玉米、秸秆)为原料,经糖化、发酵、聚合而成的新型生物基可降解材料。作物中的淀粉、纤维素、半纤维素等多糖通过各种生物酶的作用分解为葡萄糖等单糖。然后,通过生物发酵技术,利用微生物(如乳酸菌)发酵,代谢乳酸,经过净化处理后制成高纯度L-乳酸;利用化学合成技术,将高纯度L-乳酸聚合成高分子量聚乳酸。
PLA的起源可以追溯到1932年,当时杜邦(Dupont)的科学家WallaceCarothers试图在真空中聚合乳酸,但是由于产品分子量小,成本高,这项技术没有商业化。直到1987年,食品公司Cargill开始探索PLA的新生产方法,并于2001年与陶氏合资成立NatureWorks,进行聚乳酸商业化生产,PLA开始逐渐进入我们生活的方方面面。
中国聚乳酸产业起步较晚。2020年,国家发改委、生态环境部联合发布《关于进一步加强塑料污染控制的意见》,引爆生物降解材料市场,PLA逐渐为大众所知。
近年来,随着人们环保意识的不断提高和各地限塑禁塑政策的实施,生物基可降解材料行业也在不断发展,其中聚乳酸(PLA)的研究和下游应用的扩展也越来越引人注目,越来越成为应用开发最全面、性能最好、应用前景最广阔的生物基可降解材料之一。在环保政策不断加强、各种生物基可降解材料层出不穷、竞争激烈的背景下,可能有五个原因导致PLA频繁出圈。
良好的加工性能。
聚乳酸具有良好的加工性能和广泛的应用。与传统石油基塑料一样,聚乳酸可以通过挤出、拉伸、吹塑、吸塑、吹膜、淋膜、发泡、纺丝等工艺制成不同的产品。加工温度低,加工过程中不需要添加任何添加剂,生产成本低。
优良的可降解性能。
PLA在常温下相对稳定,但在稍高的温度环境、酸碱环境和微生物环境中很容易迅速降解为CO2和水。因此,PLA产品可以在有效期内安全使用,废弃后可以及时降解。
安全的生物相容性。
在生物体(包括人)代谢途径中,PLA合成单体L-乳酸是一种常见的化学物质,其中还含有能代谢L-乳酸的酶,因此PLA具有很高的生物安全性,也有研究人员对PLA动物进行了植入试验,研究表明,PLA对动物体无毒,并能在生物体内完成降解。
环保型绿色低碳材料。
PLA的原料来源于光合作用产生的可再生淀粉原料(玉米、木薯、甘蔗等)。),可以实现“种植固碳一发酵排碳一分解排碳”的自闭环系统,可以大大减少目前石油路线生产塑料的碳排放。因此,在全球“碳战略”的背景下,PLA与传统石化原料生产的树脂相比具有“碳优势”。
广泛应用于五个领域:
聚乳酸基于上述优点,在许多领域都表现出其独特的应用,而且这一趋势仍在不断被挖掘。
注塑:注塑餐具多用于耐用消费品。PLA改性后,产品的耐温性可达100℃以上。因此,聚乳酸可以通过注塑生产各种塑料制品,如儿童餐具。
片材吸塑:聚乳酸是高透明片材产品的主要原料,耐温性差,一般在55℃左右;对于非透明片材产品,原材料需要改性才能达到高耐温性,一般在100℃以上。
纤维:聚乳酸是一种环保、无毒、可降解的新型聚酯材料。抗菌、防螨、防过敏;亲肤、不易燃、不回潮、抗紫外线等优异性能。聚乳酸织物具有良好的尺寸稳定性、棉质舒适性、粘胶悬挂性、聚酯强度和丝绸手感,广泛应用于服装、家纺、卫生材料等领域,是目前最有前途的“绿色纤维”。
发泡方面:PLA发泡分为挤出发泡和珠粒发泡:餐饮包装(餐盒、隔热杯、方便面碗,其产品具有保温隔热的特点);冷链保温包装(用于冷链运输、外卖保温配送等。可以生产可折叠纸箱,保温效果好);奢侈品、酒精等内部缓冲包装(产品支撑性好,比普通PET吸塑、卡纸、植物纤维模压产品具有更好的缓冲保护效果,包装更轻,可以整体降低产品重量,从而节约成本);超市包装(聚乳酸发泡产品在超市生鲜包装中的应用也很广泛,比较少,比较多)。
膜类:膜袋材料与PBAT(购物袋、垃圾袋等)混合。),添加比例为5%-30%。添加比例越高,机械加工性能越稳定;膜袋重量越低,成本越低;膜袋光泽度越好,手感越强;产品的货架期更长。
双向拉伸模具:通过原材料和工艺的调整和控制,可以实现单向或双向拉伸和热封功能。产品具有优异的透明度和极佳的展示性,广泛应用于饮料瓶标签、食品包装、罐体包装和电子产品。同时也是可降解胶带和烟膜的优质原料。
另外,聚乳酸还可以作为聚氨酯的原料开发生产聚乳酸多元醇。
总而言之,聚乳酸PLA的环保性能与今天的环保意识相得益彰,未来,随着技术的进一步创新和环保意识的不断提高,聚乳酸PLA的前景是无限的。
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