国外聚乳酸的开发和应用进展

来源:CPRJ 中国塑料橡胶
　　聚乳酸（PLA）是目前产业化最成熟、产量最大、应用最广泛、价格最低的生物基塑料，PLA塑料袋、餐具、高尔夫球钉等产品已经在市场上流通，主要消费领域仍是包装材料，约占总消费量61%；其次为生物医学领域，约占29%。
　　截至2010年5月，世界PLA生产商有近20家，主要集中在美国、德国、日本和中国。美国NatureWorks公司是目前世界上最大的PLA生产厂家，年产能达14万吨，并计划在亚洲建设第二个PLA生产基地。帝人、三井、Synbra、Futerro等多个公司也已建成或在建年产千吨级的中试装置。
美国
　　Natureworks公司於2002年在美国内布拉斯加州巴拉尔（Blair）建成14万吨/年聚乳酸生物降解塑料装置，商品名为Ingeo，这是世界上第一套也是世界上最大的生物塑料装置。2011年下半年，泰国PTT公司参股Natureworks公司，自此，Natureworks股东为Cargil和PTT两公司。PTT的参股明确了Natureworks公司将在泰国建设第二个聚乳酸生产基地，到2015年，公司聚乳酸产量将达到22万吨，其原料来源也从玉米扩大到玉米、甘蔗、木薯。
　　美国从事生物塑料生产的Cereplast已进一步扩大了在加州生产装置的生物塑料能力。该公司采用聚乳酸（PLA）、淀粉和纳米组分添加剂生产100%的生物基塑料，扩建的装置使其新生产线的产能提高到1.8万吨/年。新生产线的投运，使该公司成为美国第二大生物塑料树脂生产商。
　　杜邦包装公司推出食品级聚乳酸（PLA）生物塑料用Biomax助剂，该种助剂已经FDA认证。Biomax Strong 120等级产品可克服聚乳酸食品包装的天然脆性，改进韧性，并能使对透明度的影响达到最小限度。
　　阿科玛公司与Purac公司於2010年9月签约联合开发丙交酯基嵌段共聚物。该共聚物采用阿科玛公司有机催化开环聚合技术与Purac公司L- 和D-丙交酯单体来生产，可改进PLA的耐热性和抗冲强度。
　　美国定制复合生产商Teknor Apex公司的生物塑料业务部於2011年3月初宣布推出一种用於聚乳酸的透明抗冲改性剂色母料，公司称该产品在抗冲强度上大大提升，同时保留了聚乳酸的透明度。
欧洲
 
　　德国超市Aldi Süd推行由巴斯夫公司制造的生物降解塑料袋。
　　欧洲可生物降解塑料生产商开发出一种新的材料Hycail XM 1020，可耐温200℃而不变形。用这种材料制作的杯子盛放橄榄油，可经受205℃下微波加热达30分钟。这种Hycail材料增强抗热性而不影响其他性质，如透明度、可加工性和强度，它将PLA推向了高性能热塑性塑料领域。Hycail PLA材料在荷兰Noordhorn的生产装置每年生产数百吨，并将建设产能至少为2.5万吨/年的大型装置。
　　一项由英国政府部分资助的项目开发了一种生物降解增塑剂用於薄膜和其他软包装用的聚乳酸（PLA）中。DIBOP（内在可生物降解包装材料开发）项目由Aston大学与特种化学品生产商Robinsons Brothers公司合作完成，并有包装袋和薄膜供应商欧洲包装公司（Europackaging）、从事技术的ThermoPrism公司和GSK公司参与。该DIBOP项目得到英国政府可持续发展技术启动计划的支持，它使常规硬PLA的柔性得以改进，将它撕裂以前的延伸度可从5%提高到320%。在DIBOP项目完成实验室试验之後，用於生产塑料袋的全范围系统已经建立，同时该类助剂己实现工业规模生产。
　　EMS依汶达费瑟（Inventa Fisher）公司也使其基於聚乳酸（PLA）的生物降解聚合物生产工艺推向工业化，该公司与德国AIB农业技术研究院和FIAP聚合物研究院合作，在德国农业部支助下，开发了基於淀粉的技术生产PLA。该公司投资3000万美元在德国东部建设3000吨/年PLA验证装置，并放大到2.5万吨/年。该工艺可使谷物、稞麦或小麦通过连续发酵转化成乳酸，乳酸再聚合成PLA，提纯过程采用膜法工艺。
　　德国生物塑料公司（Bioplastics）与瑞士Pyramid技术公司合作於2008年9月在德国建设聚乳酸（PLA）装置。该装置位於德国-波兰交界的Brandenburg东部，初期PLA生产能力为6万吨/年，采用伍德依汶达-菲瑟（Uhde Inventa-Fischer）工艺技术。该装置於2009年下半年投产。装置采用非GMO甜菜为原料，而其他PLA装置更多地采用谷物淀粉为原料。据Pyramid技术公司旗下的Pyramid塑料公司称，以甜菜为原料与谷物为原料相比，可使PLA生产过程减少一个步骤。同时，每公顷的甜菜产率高於淀粉。生产1吨PLA，甜菜需0.17公顷，而生产1吨PLA时谷物需0.33公顷。该装置的第二阶段将采用第二代技术，使用纤维素替代甜菜为原科。这将与食品作物很少竞争或不相竞争。
　　德国巴斯夫公司自2008年初规模化生产其新的生物可降解塑料泡沫。这种Ecovio L泡沫由巴斯夫公司基於石化原料的聚酯型生物可降解塑料Ecoflex产品与聚乳酸（PLA）组成，组合後类似於Ecovio。Ecovio L的PLA含量超过75%（重），按照ASTM D6866标准，可通过生物基含量对其进行匹配。该泡沫型式的开发将可满足包装工业的需求，目标市场如快速周转的食品箱和食品托盘。
　　PURAC公司开发的D-丙交酯，用於PLA塑料可使其耐热性提高到180℃ (356℉)。PURAC公司与日本化学公司东洋纺於2009年合作生产基於D-丙交酯的PLA，用於包装薄膜和包装材料用的涂料或胶粘剂。2008年9月，PURAC公司与瑞士聚合物技术公司Sulzer Chemtech合作，开发出成本更低的聚合工艺，生产高质量PLA。
　　比利时Galactic公司和道达尔石化公司各持股50%的合资企业Futerro公司聚乳酸技术的一大亮点在於可以实现“从摇篮到摇篮”的循环经济理念，即生物聚乳酸废弃品可以采用loopla专利技术直接将其转化成乳酸，从而实现从乳酸到聚乳酸的不断循环利用。该公司位於比利时埃斯卡纳夫勒的1500吨/年生物聚乳酸生产厂2010年4月投产，并由此成为欧洲首家生物聚乳酸生产商。
　　英国和以色列的Bath大学和Tel Aviv大学的研究人员於2010年11月22日宣布，开发生产较坚韧的PLA生物可降解塑料用的新催化剂，这种新催化剂可提高从植物制取的聚乳酸（PLA）塑料的性能，使其更坚韧并更耐热，可更广泛地应用，如用作为汽车工业、微波托盘和热饮料杯用的工程塑料。
日本
　　佳能美国分部於2009年起使用新开发的生物塑料基混配物Ecodear来制造某些多功能办公设备的外板。佳能公司使用与日本东丽工业公司一起开发的生物塑料基混配物Ecodear，它基於聚乳酸。新的混配物含有超过25%的PLA，首次符合UL94可燃性试验程序的5V分类要求。除了有高度阻燃性外，Ecodear聚合物混配物也拥有良好的阻热和抗冲性能，并且具有易於模塑的特性。佳能公司表示，初步计划使用该树脂生产大量多功能办公设备的外板和某些内件，预计每年使用新的混配物数量为100吨。
　　马自达（Mazda）汽车公司与帝人公司和帝人纤维公司合作，开发出世界上第一款完全由植物制造的生物织物，应用於汽车内饰。这种生物内饰件由100% PLA制造。这种新开发的生物织物不含任何石油基材料，用於汽车座垫套具有所需求的质量和耐用性。这种新的织物能抗磨损和抗光线伤害，并添加了阻燃剂。还具有其他高性能织物所必需的重要性质。
　　丰田汽车公司（TMC）於2008年12月宣布更多的车型增加使用由植物衍生的、碳中性塑料，并於2009年从新型混合动力车开始应用。丰田汽车公司新开发的塑料称之为“生态塑料”，应用於脚踏板、仪表盘、座垫和其他的汽车内饰件。2009年，丰田汽车公司使一些汽车使用的生态塑料占内饰组件约60%。
 
　　富士通公司使用一种具有优异阻燃性能的生物塑料来生产计算机模型，该新型生物塑料为聚乳酸和聚碳酸酯共聚的高分子合金，具有高耐热性，厚度1.5毫米的材料已经获得相关部门的燃烧性能测试认证。它由富士通与日本出光公司合作开发，出光公司负责生产。该公司还打算开发这种生物塑料的新用途，通过进一步改善阻燃性，将其应用到手机生产上。
　　2008年初，日本帝人公司推出高抗热性能的生物塑料Biofront，它是世界上第一个商业化生产的、由高纯度L-丙交酯和D-丙交酯制取的立体络合PLA。帝人公司的PLA塑料熔点达210℃，比常规PLA 170℃熔点要高出许多。生物塑料Biofront可与石油基耐热塑料聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）相竞争，观其抗热性，Biofront制造的织物能进行烫衣，由此可见一斑。
　　日本大八化学工业公司研制出生物降解型聚乳酸塑料用己二酸酯类增塑剂，该产品具有良好的增塑性和耐析出性能，添加该增塑剂的生物塑料制品与软质聚氯乙烯塑料的柔韧性相当，用於食品包装安全可靠。聚乳酸是以植物为原料的可降解树脂，在聚乳酸中添加15%的己二酸酯类增塑剂後，可制成透明的与聚氯乙烯柔韧性相媲美的薄膜。另外，该增塑剂耐水解，可用於胶粘剂和涂层材料，同时又可作为挤压成型改性剂使用。业内人士认为，该增塑剂安全适用，应用於食品包装袋或容器具有良好的生物降解性能，有利於环境保护，值得普及推广。
　　日本合成橡胶公司（JSR）於2011年6月宣布它的聚乳酸基生物塑料BIOLLOY在关键性能和特性方面获得显着改善。该材料在薄壁产品应用方面有良好的结果，可减轻产品重量，降低成本。新开发的BIOLLOY生物塑料改进了其与石油基塑料的相容性，采用JSR自有技术和聚乳酸结合，模塑後产品的外观、抗震性能和成型性得到了改进。与现有的生物塑料产品相比，BIOLLOY生物塑料克服了传统生物塑料的弱点，抗震性提高5倍，强度大大提高，脆性降低。这样可减轻模塑品树脂的用量，降低成本。
　　富士施乐公司於2011年9月宣布，开发出植物（饲料用玉米）成分占50%以上的生物塑料。该公司2007年曾在富士胶片的技术协助下，开发出了植物成分按重量计算占30%以上的生物塑料，并应用到主力产品中。与原产品相比，此次开发的塑料将制造时的CO2排量削减了约41%。2007年开发的生物塑料是植物成分—聚乳酸和石油类材料的混合（复合）树脂，而新开发的塑料只采用聚乳酸作为基础塑料成分。为提高特性而使用的添加剂减少了石油材料的使用，石油成分的使用率不到整体的10%。此次新开发的塑料获得了日本生物塑料协会“生物塑料50标志”的认证。已经进入量产阶段，富士施乐预定今後陆续将其应用到主力产品中。
泰国
　　泰国加快发展生物塑料，泰国政府於2008年8月中旬宣布在5年内投资18亿铢（3600万欧元）以力图使泰国成为该地区生物塑料的领先者，其优势在於泰国是东南亚最大的塑料产品出口国和拥有规模化的农业。泰国制定了生物塑料投资路线图，旨在从木薯粉和其他材料如糖类制取聚乳酸（PLA）。泰国生物塑料工业协会表示，泰国制取PLA的成本优势在於其有丰富的木薯供应，并有强大的塑料加工工业。泰国生物塑料工业将致力於向欧洲、日本和美国出口生物塑料，而不是国内市场。泰国将引进国外技术，并着力降低生物塑料价格，因其价格至少比传统的石化塑料要高二倍。
　　乳酸和乳酸衍生物供应商Purac公司於2009年12月宣布，开始在泰国罗勇建设乳酸生产装置，泰国生产乳酸用於制取聚乳酸（PLA）生物塑料。Purac公司是荷兰帝斯曼公司的子公司，投资4500万欧元建设该装置，该装置於2011年下半年投产。Purac公司的专有技术可使生产的生物塑料耐热性高达180℃，这些“新一代”的聚乳酸（PLA）正在寻求拓宽应用领域如包装、泡沫和纤维。通过将聚L-丙交酯（PLLA）与聚D-丙交酯（PDLA）进行组合，从而可提高这种生物聚合物的结晶度，这就提高了聚乳酸的耐高温性能。PDLA作为成核剂，可提高结晶速率。