聚乳酸的应用与市场前景

◆江镇海◆

聚乳酸（PLA）是一种性能优良及具有生物相容性和生物可降解性的聚合物。聚乳酸无毒、无刺激性、强度高，易加工成型，具有优良的生物相容性，可生物降解吸收，在生物体内经过酶解，可Zui终分解成水和二氧化碳，不污染环境。PLA在人体内的降解和降解产物的高度安全性已得到证实，因此被认为是Zui有发展前景的医用高分子材料。PLA是以玉米、小麦、木芋等一些植物中提取的淀粉为原料，经过酶分解得到葡萄糖，再经过乳酸菌发酵转变为乳酸，然后经过化学合成得到高纯度的PLA，一般 PLA的合成方法可分为直接液聚法与间接液聚法两种。直接液聚法是制备 PLA 的简单方法，分子量一般小于 5 000，分子量分布约为 2.0，且聚合温度高于 180 ℃,容易产生颜色。到目前为止，PLA主要是通过丙交酯开环聚合制得，即首先将乳酸分子间脱水，生成环的丙交酯；然后将丙交酯开环聚合生成高聚物。这种反应工艺可以合成分子量高达（7~10）×10 5 的 PLA。间接聚合法因为是环状二聚体的开环聚合，不同于一般的液聚合，没有小分子水生成，所以不需要进行真空抽排小分子生成物，聚合设备简单，为便于工业化生产，主要集中在开环聚合物催化体系和新型结构的共聚合的合成等方面的研究，以制备更高分子量的 PLA。高分子量的PLA 一般分子量在 4×10 5 以上，是合成高强度材料的基础。日本三井东压化学公司用乳酸直接聚合制造生物降解性塑料, 聚合反应在 100~200 ℃和中压条件下，可保证反应朝一个方向进行。生成的聚合物分子量为 （1~3）×10 5 ，而该公司以前只能生产（0.5~1.0）×10 4 的 PLA。新型 PLA 性能与聚苯乙烯（PS）相似，可成膜、可注塑且有透明性。新型 PLA比较稳定，可保持原有性能 18 个月，但堆肥在细菌的作用下，10~20 d 即可分解成 H 2 O和 CO 2 ；在 60 ℃的碱溶液中，1 h 开始降解。传统的 PLA在通常的条件下，6 个月便开始降解。

PLA 是热塑性塑料，其可塑性与 PS 和 PET 相似，加工性能优良，能用普通设备进行挤出、注射、拉伸、拉丝、吹塑等，具有良好的印刷性能和二次加工性能。热稳定性好，一般加工温度可控制在 170~230 ℃之间；具有良好的耐溶剂性，其耐溶剂性与 PET 相当，不溶于醇类、脂肪、烃类、食用油、机械油。在 PLA的分子链中，含有有序排列的光学活性中心，其结晶性和刚性都比较高，因此在制备纤维和薄膜时，可用定向拉伸以增强其强度，其透光率可高达 14%以上；其拉伸强度是 PE 薄膜的数倍，弹性与 PET 相当。PLA也适用于高速熔融拉丝制成纤维，其拉丝制成纤维，其位伸强度优良且和普通纤维一样，具有织布、染色等加工性能。

由于 PLA 具有以上种种优良的性能，因此其应用范围迅速扩大。PLA可以根据药物的性质、释放要求及给药的途径，制成特定的药物剂型。目前主要采用溶液成型、热压成片等方式制备一些缓释药物。

PLA还可以制成一些薄膜、类乳剂等多种剂型，以达到控释药物的作用。作为人体使用的高分子材料，必须无毒、具有合适的生物降解性和良好的生物兼容性以及对某些具体的细菌有一定的相互作用的能力，而 PLA 在性质上基本符合这些要求。传统的高分子材料有聚四氟乙烯、硅油、硅橡胶等，但各有许多不理想的地方，而 PLA 有效地弥补了这些产品的不足，已逐渐成为人体内使用的高分子材料的主导品种，并成功地应用于骨科材料。大量的临床试验表明，PLA 作为人体内固定材料，植入后炎症发病率低，强度高，术后基本不出现感染情况，目前，国内外正在研究在血管、皮肤、韧带等组织中的修复及使用。PLA作为外科手术缝合线，在伤口愈合后能自动降解，无需拆除缝合线，得到医疗界的广泛青睐，目前已广泛应用于各种手术之中。PLA手术缝合线具有较强的拉伸强度，能有效地控制聚合物的降解速度，随着伤口的愈合，缝合线会自动缓慢降解。目前国内许多大医院正在广泛使用从国外进口的优异的PLA缝合线。

目前，视网膜脱落已成为常见的眼科疾病之一，通常手术治疗采用在眼巩膜表面植入填充物来解决；传统的方法是采用硅橡胶和硅胶海棉。这两种物质不能降解，容易引起异物反应，而采用乳酸丙酯在异辛酸亚锡引发下聚合得到的 PLA 膜片是一种非常理想的眼科材料。PLA在其他方面的应用领域也十分广阔，如在工业上：农用薄膜，建筑用薄膜，农用化肥缓释剂，纤维加工助剂，土地、沙漠绿化的保水材料；水产用材：鱼网、鱼具、绳索替代用品等；在生活领域：包装薄膜、食品包装容器及包装蜡纸、生活垃圾袋、休闲用品等方面具有较大的应用前景。PLA对人体无害，适合于加工一次性饭盒以及其他食品、饮料等外包装材料等，市场开发应用前景十分广阔。

预计在 2009~2010 年期间，随着 PLA 生产成本逼近传统塑料成本，应用市场的大力开拓，普通使用将进入高潮，PLA工厂的建设也将在全球展开。近年来，PLA 技术和工业化生产取得了突破性的进展。

1997 年，美国 Cargill 公司和 DOW 化学公司各占50%股份的合资公司开发了商品名为 Nature WorkPLA，当时生产能力仅为 1.6 万 t/a；2002 年初，该公司投资了 3 亿美元采用二步聚合技术，在美国建设了 13.6 万t/a的生产装置，这是世界上Zui大的 PLA 生产装置。日本是世界上 PLA 重要的开发和应用国家。PLA主要应用于农业、包装业、建筑业等，PLA被称为“绿色塑料”。为了扩大市场份额，Carigll- DOW乳酸公司宣布与三井化学品公司合并进行 PLA 的应用开发，今后将与日本针纺、三菱树脂、尤里卡、可乐丽等用户合作开拓新的应用领域。

预测，在今后几年中北美生物降解塑料市场需求强劲，2009 年将达到 1.6 Mt，其中 PLA 的市场需求量为 1 Mt左右。PLA销售年均增长率为 7%。2008年世界塑料消费量约为 115 Mt，如果 10~20 年后替代石油基聚合物的消费量按 10%~20%计，世界 PLA需求量将达到 11.5 Mt 至 23.0 Mt。目前，世界 PLA产量约为 100 Mt，发展势头很猛，如日本一井东压化学公司正在大弁田工业所建设 500 t/a 的生产装置；岛津制作所建有 100 t/a 中试装置；美国 Cargill 公司在1994 年建有 0.5 万 t/a PLA装置。另外，美国Ecochem公司、日本的大日本油墨公司都在建 PLA工厂。

目前，我国共有乳酸生产厂家 10 多家，总生产能力 25 万 ~3.0 万 t/a。乳酸除直接用作于食品添加剂外，还有乳酸酯、乳酸盐等后续产品，但产量均小，难以刺激市场。PLA作为一个新型的医用、生物可降解塑料在我国有广阔的市场发展前景。中科院成都有机化学研究所正在研制高分子量（大于 3×10 5 ）的PLA。在我国，生物降解塑料大多数是天然高分子与常用塑料复合体系，或基于天然高分子（主要是淀粉、纤维素）的改性，能工业化的产品不多。PLA合成直链脂肪族聚酯，在医用领域是Zui重要的可降解高分子材料，已越来越受到重视，所以发展我国 PLA工业已越来越显得重要，PLA 树脂替代现有降解材料已成为市场发展的必然趋势，并具有与烯烃类聚合物竞争的能力， “绿色生态塑料”的市场前景将十分看好！

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