乾貨!聚乳酸(PLA)纖維研究進展

2020-12-21 找塑料網

新材料研習社報導，生物基化學纖維及其原料是我國戰略性新興生物基材料產業的重要組成部分。生物基化學纖維原料是以天然動植物為來源，用生物法生產的應用於生產生物基化學纖維的醇、酸、胺等原料。2018 年，中國聚酯纖維產量已達4014萬噸，聚醯胺纖維產量達到330萬噸，其原料絕大部分來自石油化工產品。

因此，利用豐富的生物質資源開發生物基聚酯纖維、聚醯胺纖維，一方面能減輕國內對進口石油的依賴，有助於解決當前經濟社會發展所面臨的資源短缺以及環境汙染等問題，對保障我國化纖行業轉型升級與可持續發展具有重要意義；另一方面，能夠豐富產品種類與增加產品功能，改善紡織品的供給結構，有助於滿足消費者日益提高的美好生活需要。

01 PLA纖維國內外發展

國內的PLA纖維

國內主要的聚乳酸(PLA)樹脂生產企業為浙江海正生物材料股份有限公司及同傑良生物材料有限公司。海正生物現有PLA切片產能5000t/a，同傑良生物的萬噸級PLA項目於2014年通過驗收。此外，安徽豐原生物化學股份有限公司正在籌建10萬t/a 的聚乳酸生產線。

PLA 纖維生產方面，

恆天長江生物材料有限公司從 2007年開始建設萬噸級PLA熔體直紡項目，目前已基本建成。

浙江嘉興普利萊新材料有限公司於2008年建成1000t/a的PLA長絲生產線；後與河南南樂縣政府合作成立了河南龍都生物科技有限公司，其2萬t/aPLA纖維(8000t/a長絲和12 000 t /a短纖) 項目於2014年7月試車成功， 主要使用進口PLA切片。

此外，安徽馬鞍山同傑良生物材料有限公司年產千噸級紡絲生產線於 2014 年建成、安徽豐原生化2000t/a 紡絲生產線於 2018 年建成。

整體而言，我國 PLA 纖維產業正進入蓬勃發展時期，但當前存在規模不大，應用尚未完全開發等問題。

國外的PLA纖維

國外PLA纖維研發起步較早。

1962年美國Cyanamid公司紡制出了可生物吸收的PLA醫用縫合線，但由於當時PLA的合成方法還相當落後，難以進行批量生產。

1991年，美國Cargill公司開展了以玉米為原料製備乳酸(LA)及PLA的合成技術研究，並進行了PLA纖維中試生產技術的研發，隨後PLA纖維工業才逐漸發展起來。

1997年Cargill公司與美國Dow Chemical公司合資組建了聚焦PLA開發的NatureWorks公司。

2002年NatureWorks公司建成15萬t/a PLA的生產線，隨後開發了系列商品名為Ingeo的PLA樹脂，目前已是全球最大的PLA生產商。

Total Corbion公司(Total公司與Corbion公司各佔50%股份的合資公司)位於泰國的10萬t/a丙交酯及7.5萬t/a PLA生產線於2018年投產，在提供常規 PLA 的同時，也具備生產聚乳酸立構複合物(SC-PLA)的能力，有望成為全球第二大PLA提供商。

日本島津、豐田、三井、東麗等公司在2000 年左右也曾有生產PLA樹脂的計劃，但由於聚乳酸應用開發的滯後及需求不足而放棄。

日本鍾紡、尤尼吉卡、東麗、帝人等公司利用NatureWorks公司PLA切片相繼成功開發了PLA長絲、短纖等系列產品，共同促進了PLA纖維工業化的發展。

02 市場需求

依據nova-Insitute機構2018年5月發布的調查報告，2011-2022年主要生物基聚酯樹脂及聚醯胺樹脂的市場規模如表1所示。

從中可看到2017年到2022年PLA、生物基PET、PTT及PA樹脂的全球市場規模。其中，PLA預計增長最顯著。此外，PEF預計接下來的幾年發展迅猛，到2022年會形成7萬t左右的市場規模。需要說明的是，調查報告中生物基樹脂的市場規模包括纖維、塑料及薄膜在內各應用領域的需求總量。除 PTT樹脂基本用於纖維以外，PLA中只有部分用於纖維，生物基PET則基本用於包裝，生物基PA(PA1010、PA11、PA610 等)基本用於工程塑料。

03 PLA纖維技術發展趨勢

PLA纖維在1990年左右成為研發熱點，迄今公開的相關文獻超過6.6萬篇，其中含專利約為3.6萬件。2010年以來，每年公開的專利數量高達2000項以上，特別是中國專利數量也是急劇增長，如圖5所示。

(數據截止至 2019年上半年)

從公開專利的文種及主要申請公司可看到PLA研發活躍國家主要有日本、中國、韓國及美國，如表5、6所示。

自從NatureWorks公司1997年實現PLA量產以來，與專利數量持續增長形成鮮明對比的是PLA的市場並沒有急劇擴大。PURAC(Corbion)等的PLA工廠建設一再延遲，豐田、東麗及三井等跨國巨頭當年雄心勃勃的PLA開發計劃也基本擱置。

其原因之一固然是 PLA 價格居高不下，但更主要的原因是PLA性能有所欠缺，比如PLA的耐熱性能、存儲穩定性均不佳。鑑於其性能無法與PET等相提並論，作為常規纖維PLA纖維沒有任何優勢。今後的主要開發方向應該是一次性纖維製品的應用開發以充分利用其可生物降解的特性。

來源：新材料研習社公眾號

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