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聚乳酸的合成.pdf

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聚乳酸的合成 聚乳酸有两种合成方法，即丙交酯（乳酸的环状二聚体）的开环聚合和乳酸的直 接聚合。 丙交酯开环聚合生产工序为：先将乳酸脱水环化制成丙交酯；再将丙交酯开环聚 合制得聚乳酸。其中乳酸的环化和提纯是制备丙交酯的难点和关键，这种方法可 制得高分子量的聚乳酸，也较好地满足成纤聚合物和骨固定材料等的要求。 乳酸直接缩聚是由精制的乳酸直接进行聚合，是最早也是最简单的方法。该法生 产工艺简单，但得到的聚合物分子量低，且分子量分布较宽，其加工性能等尚不 能满足成纤聚合物的需要；而且聚合反应在高于180℃的条件下进行，得到的聚 合物极易氧化着色，应用受到一定的限制。 由于原料原因，聚乳酸有聚d-乳酸（PDLA）、聚L-乳酸（PLLA）和聚dL-乳酸 （PDLLA）之分。生产纤维一般采用PLLA。 聚乳酸的发展意义 聚乳酸在中国应用的意义不仅仅体现在环保方面，对于循环经济、节约型社会的 建设也将有积极的作用。化工塑料的原料提取自不可再生的化石型资源---石油， 而石油正在成为一种稀缺的消耗性资源。提取自植物的聚乳酸显然有着取之不尽 的原料供应量，而分解后的聚乳酸又将被植物吸收，形成一个物质的循环利用。 所以聚乳酸有“在地球环境下容易被生物降解的”塑料之称。 而且相对于化工塑料，聚乳酸不会产生更多的二氧化碳。因为聚乳酸的原料--- 玉米在生长过程中通过植物的光合作用，又会消耗二氧化碳。此外，聚乳酸的产 业化将大大提高农作物的附加值。以玉米为例，中国每年库存达3000多万吨， 且大部分被当作了饲料，如果用于生产聚乳酸，形成“玉米－乳酸－聚乳酸－共 聚共混物－各种应用制品”的产业链，可大大提高玉米的价格，提高农民收益。 之前，农用薄膜和方便食品的包装或餐具已经使用了聚乳酸。但是，同利用石油 和天然气制造的塑料比较起来，利用植物制造的这种聚乳酸塑料，成本较高，而 且在60℃左右就会变形。由于存在着这些缺点，这种材料至今难以普及。 尽管如此，人们还是非常看好聚乳酸。一个重要的原因，就在于它是以植物作为 原料。聚乳酸有可能为解决世界面临的化石燃料枯竭和地球变暖两大难题做出巨 大贡献。 为了摆脱对日趋枯竭的石油资源的依赖，大力开发环境友好的可生物降解的聚合 物，替代石油基塑料产品，已成为当前研究开发的热点。经过多年的研究，一些 著名的科研机构和企业相继推出了多种可生物降解聚合物。而在众多可生物降解 聚合物中，刚刚进入工业化大生产的聚乳酸异军突起，以其优异的机械性能，广 泛的应用领域，显著的环境效益和社会效益，赢得了全球塑料行业的瞩目和青睐。 预计在2005-2010年期间，随着聚乳酸生产成本逼近传统塑料成本，市场应用的 大力拓展，普及使用将进入高峰期，聚乳酸建设热潮将在全球展开。 据预测，按照已探明的石油储量并以目前的消费量计，全球石油资源仅能够消费 30多年。预计在不可再生的石油资源枯竭期到来之前，石油及其衍生物市场价 格暴涨，而可再生的产品必将成为全球范围的紧俏消费品。这样，就给聚乳酸带 来了千载难逢的市场机遇和巨大的消费潜力。据统计，2000年世界塑料消费量 约1.15亿吨，如果10年-20年后替代石油基聚合物的消费量按10%-20%计，世 界聚乳酸需求量每年达1150万-2300万吨。 降低成本，提高与现有塑料的竞争力仍然是今后聚乳酸工业发展需要解决的问 题。1998年初，聚乳酸市场价格由5000美元/吨降至2500美元/吨，目前价格 比PET（聚对苯二甲酸乙二酯）价格便宜10%-15%，预计7年后，聚乳酸价格可 望达到能与所有热塑性树脂竞争的水平。卡吉尔陶氏公司计划在今后10年内投 资10亿美元，分别在2006年、2009年再建2套装置，总能力达到45万吨/年。 日本是世界聚乳酸重要的应用开发地区和应用市场，主要用于包装容器、农业、 建筑业，纤维用运动服和被褥等。日本称生物降解塑料为绿色塑料。为了扩大市 场份额，卡吉尔陶氏乳酸公司宣布与三井化学品公司合作进行聚乳酸的应用开 发。今后还将与日本钟纺合纤、三菱树脂、尤里卡、可乐丽等用户进行合作应用 研究，开拓新的应用领域。 据预测，今后几年北美生物降解聚合物市场需求强劲，2005年年均增长率为7%， 达到160万吨，其中聚乳酸需求量近100万吨。 不久前，美国能源部向卡吉尔陶氏公司颁发200万美元奖金，用于使用可再生资 源的发酵研究。另有200万美元资金用于从谷物纤维、植物杆等发酵制聚乳酸和 其他产品的研究。 根据我国可持续发展战略，以再生资源为原料，采用生物技术生产生物降解的聚 乳酸的市场潜力巨大。将粮食产品深加工，生产高附加值的产品是实现跨越式经 济发展的重大举措。我国是世界产粮大国，玉米产量排在美国之后居世界第二位。 以玉米为原料，引进国外先进技术，