聚乳酸作为新型生物降解材料,具环保、减石油依赖、减碳优势,力学性能好,成纤性优异,安全性高。市场需求增长,政策支持,成本优势,有利于大规模推广替代传统塑料。聚乳酸作为一种新型的生物降解材料,被专家认为可以代替传统塑料。
原因主要有以下几点:
环保优势:
可生物降解性:聚乳酸的主链上有大量酯键,是有机物中比较容易断裂的化学键,故易于降解。在堆肥条件下 8-25 周即可降解,即使在自然条件下 3-5 年也会完全降解,而传统塑料降解的时间则在百年以上,其降解产物为二氧化碳和水,不会对环境造成长期污染。
减少石油资源依赖:聚乳酸来源于生物质材料,如玉米、蔗糖等,主要以植物资源为原料制成,可降低对石油资源的依赖,有助于优化资源利用,符合可持续发展的要求,而传统塑料多以石油为原料,石油是不可再生资源。
减碳特性:2021 年工信部《“十四五” 工业绿色发展规划》中明确提出将聚乳酸作为绿色低碳材料推广。其生产过程相对环保,碳排放量远低于传统塑料,更符合当下全球绿色低碳发展的趋势。
生产技术方面:
直接缩聚法:在脱水剂的存在下,乳酸分子中的羟基和羧基受热脱水,直接缩聚合成低聚物。加入催化剂,继续升温,低相对分子质量的聚乳酸聚合成更高相对分子量的聚乳酸。
二步法:先使乳酸生成环状二聚体丙交酯,再开环缩聚成聚乳酸。这一技术较为成熟,美国 NatureWorks 公司生产聚乳酸工艺的工艺即为该工艺。
反应挤出制备:用间歇式搅拌反应器和双螺杆挤出机组合,进行连续的熔融聚合实验,可获得由乳酸通过连续熔融缩聚制得的分子量达 150,000 的聚乳酸。
开环聚合法:以乳酸为主要原料聚合得到的聚合物,原料来源充分而且可以再生,主要以玉米、木薯等为原料。通过技术的创新与改进,直接聚合法取得了一定的进展,应该在不久的将来随着技术的不断成熟,能够应用于工业化的大生产中去。
固相聚合法:将直接聚合法得到的低分子量树脂在减压真空、温度在 Tg—Tm 之间的条件下进行聚合反应得到,以提高其聚合度,增加分子量,从而提高材料强度和加工性能。
性能优势:
力学性能良好:聚乳酸具有较好的硬度、强度和耐久性等力学性能,其数据接近传统塑料,适用于吹塑、热塑等各种加工方法,可用于加工从工业到民用的各种塑料制品,如包装食品、快餐饭盒、无纺布、工业及民用布等,能满足不同领域的使用需求。
良好的成纤性:聚乳酸纤维性能优异,具有质量轻、强度高、抑菌性好、回弹性好、难燃烧、抗紫外线灯优良特性,可以纯纺,也可以与棉、粘胶、莫代尔、天丝、竹纤维、羊毛等混纺,具有较好的化学惰性,对许多溶剂包括干洗剂稳定,未来有望在纺织领域部分替代涤纶 / 聚酯等产品。
安全性高:聚乳酸来源于植物,其原料乳酸本就是人体内的单体,安全性高,食物安全性也很高,并且在焚化时,其燃烧热值与焚化纸类相同,是焚化传统塑料的一半,而且不会释放出氮化物、硫化物等有毒气体。
市场及政策优势:
市场需求增长:随着消费者环保意识的不断提高,对环保产品的需求也日益增加,尤其是在欧美国家,消费者更愿意购买对环境友好的产品,这为聚乳酸的市场推广提供了有利条件。同时,全球反塑料运动的兴起以及各国政府对环保产业的扶持力度加大,也促使聚乳酸市场需求量持续猛增。
政策支持:近年来,我国 “限塑” 工作已经上升为国家战略,一系列限塑政策的出台,如 2008 年的《关于限制生产销售使用塑料购物袋的通知》以及 “史上最严限塑令”《关于进一步加强塑料污染治理的意见》等,推动了传统塑料向可降解塑料的转化,为聚乳酸等可降解材料的发展提供了广阔的市场空间。
成本优势
随着科技的进步和生产工艺的改进,聚乳酸的生产成本已经有所降低,并且与其他类型的生物可降解材料相比,聚乳酸不仅生产工艺相对成熟,产能领先,而且有明显的成本优势,有利于其在多领域大规模推广,使其在替代传统塑料时更具经济竞争力。
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