近年来,我国和世界一些发达国家都在加快推进聚乳酸产业化进程,市场每年都以25%~35%的速度增长。虽然近年处于低位的油价降低了其下游塑料制品的生产成本,对产业的发展起到一定抑制作用,但是加速产业化和市场化的条件已经成熟,聚乳酸发展将驶入快车道。
性能优异脱颖而出 市场空间广阔
聚乳酸是本世纪最有发展前景的生物基高分子材料,来源于生物质并可在自然环境中完全降解,具有低碳、绿色、安全等特点,其优异性能主要体现在:原材料为生物质,易得可再生,适合大规模集约化生产;透气性能、透明度、光泽、硬度、拉伸和弯曲模量均可与传统塑料树脂相媲美;具有优异生物相容性,对人体无毒、不排斥,可被人体吸收并安全地用于体内;具有完全可降解性,埋入土壤中6~12个月即可降解成二氧化碳和水。正是由于这些优异性能,使其在替代并解决塑料等带来的严重白色污染、节约不可再生石油资源等方面发挥着越来越重要的作用。
聚乳酸的生产与应用在全球尚处于初步发展阶段,生产还主要集中在西方发达国家和地区,美国NatureWorks公司是目前世界上最大的聚乳酸生产厂家。近年来我国由于聚乳酸循环经济产业预期的巨大经济效益和对社会及环境的重大影响,掀起了技术研发热潮。国内许多科研机构和企业致力于聚乳酸研究,在催化剂研究、提高相对分子质量、降低成本等方面取得众多成果。近几年我国聚乳酸企业规模逐渐壮大并形成集聚发展的新格局。2014年开始,在河南濮阳、浙江台州、吉林长春及广东深圳等地区,相关部门分别投入上亿元,扶持了四个地区性生物基塑料产业集群,促进了聚乳酸产业集聚发展。国内聚乳酸企业主要有浙江海正、恒天长江、江苏允友成、南通九鼎、山东必可成、江苏华盛、河南龙都、中粮集团和安微恒鑫等。其中浙江海正年产5万吨聚乳酸项目于2015年在台州开工建设,江苏允友成5万吨聚乳酸项目于2015年9月在江苏宿迁正式投产。还有很多企业都在密切关注产业的发展趋势,等待进入该领域的合适时机,这些都标志着我国聚乳酸产业将进入快速发展的新阶段。
2015年全球聚乳酸市场需求已达13万吨左右,到2016年年底,中国聚乳酸产能预计将超7万吨。随着生产、加工技术发展和产品性能的改进,全球聚乳酸市场有了更广泛的需求。一方面在包装、纤维领域继续发展更多的细分市场,同时向传统合成树脂的更多主流市场如电子电器、汽车、建筑市场发展;另一方面是继续在北美、欧洲地区推广应用的同时,正在加大开拓包括亚洲在内的更广泛市场。据专家推测,到2020年,亚洲的聚乳酸产能将超过北美,位居世界之首。据估计,全球聚乳酸产能至2020年将达到70万吨以上,而我国的产能预计将占一半,超过35万吨。
技术获得显著进步 政府红利接踵而至
国外一些公司正在开发以价格低廉的生物质废料为原料生产聚乳酸技术。例如,Gargill Dow公司一直在不断进行生物质转化工艺技术和催化剂的研究,包括用玉米秆、麦秆、草类和其他农业废料生产聚乳酸;美国一家研究所研制出以制乳酪后的废弃原料生产薄膜与涂层级聚乳酸树脂技术;法国埃尔斯坦糖厂与一所大学合作研制出利用工业制糖下脚料来生产聚乳酸的技术;我国恒天长江生物材料有限公司生产的化纤以L及D型丙交酯聚合成的熔体聚乳酸,可直接纺丝成长短纤及双组份纤维,大幅降低纤维成本,和进口树脂再纺丝的流程已有竞争优势,在卫生巾、湿纸巾、一次性尿布等应用已进入商业化。技术的不断突破,有望使聚乳酸生产成本进一步降低,使聚乳酸在价格上可以与合成树脂相竞争。
从国家产业政策层面来看,聚乳酸的利好政策逐步增多。2012年12月,国务院印发《生物产业发展规划》,把聚乳酸列入国家生物基产品行动计划。去年出台的“中国制造2025”高度关注颠覆性新材料对传统材料的影响,明确要做好超导材料、纳米材料、石墨烯、生物基材料等战略前沿材料的提前布局和研制。从国家法律法规角度来看,近年禁塑令推动了聚乳酸产业的发展。2015年1月,吉林省正式施行《吉林省禁止生产销售和提供一次性不可降解塑料购物袋、塑料餐具规定》,使吉林省成为我国首个全面禁塑的省份。长春市获批国家生物基材料制品应用示范城市,其《生物基材料制品应用示范实施方案》的实施,将提升生物质材料产业区域竞争力。2016年1月施行的《江苏省循环经济促进条例》规定严禁销售或无偿提供不可降解塑料购物袋。因此,禁塑令为聚乳酸产业带来较大的市场空间,业界专家认为,禁塑令之下,以聚乳酸为主的生物可降解材料是替代石油基塑料购物袋、塑料餐具的主要选择。
新应用不断拓展 发展瓶颈有待突破
目前聚乳酸产品在3D打印材料、油气二次回收、石油开采暂堵和水处理等方面已有很好的应用。作为3D打印材料打印时,聚乳酸不卷曲、不翘边,可用于打印更大的模型;同时打印所需温度较低,在加工时对环境友好。天津微深科技公司研发的桌面3D打印机已进入测试阶段,其主要利用聚乳酸材料不断加温,最终形成三维模型。在油气二次回收方面,聚乳酸也得到了良好的应用,防砂体系中加入聚乳酸材料,会在一定时间范围内部分或全部降解,在防砂管周围中形成空隙,解决了机械防沙法造成的井底留下防砂工具的问题,也可解决化学防砂法造成的渗透率下降从而带来的油田产量下降的问题。在石油开采暂堵方面,聚乳酸材料微球可做成滤饼,对地层进行暂堵,防止外来液体进入空隙。水处理应用方面,常见的生物反硝化脱氢采用甲醇等溶解性碳源,使得碳氢比难以控制,并存在投加过量风险,用聚乳酸或聚乳酸改性产品等作为反硝化碳源,同时作为生物膜载体,可以解决这个难题。
聚乳酸产业发展缓慢最主要的限制因素是它成本较普通塑料产品高、项目投入及入市风险大、回收及堆肥机制缺失等问题。降低聚乳酸生产成本,使其在价格上可与现有石化路线生产的合成树脂相竞争,一直是聚乳酸技术研究的目标。以对价格极敏感的大宗塑料袋市场为例,聚乳酸袋要比目前广泛使用的PE或PP袋厚,才能抵消聚乳酸产品自身的强度弱点。还有其需要与其他更贵的生物降解塑料诸如PBS或PBAT共混来改善其性能。此外聚乳酸的密度比PE和PP的密度高,所以聚乳酸产品需要更多的原料。因此,相同抗撕裂和承重性能的聚乳酸塑料袋比PE塑料袋要贵1~2倍以上。目前聚乳酸产品的成本问题影响了其市场的发展,这种状况只有在政府制定了严格的限塑规章或环保法令后才有可能解决。同时商业规模的聚乳酸生产工艺存在技术垄断,有严格的专利保护,在不好判断市场效益、技术也不是很完善以及有可能存在侵权的情况下,投资聚乳酸建厂的前期投入大,风险也大。此外,我国还没有建立起一套成熟的聚乳酸产品堆肥和回收机制,还没有足够的用量来建立类似PET及其他塑料的回收体系。这些都在很大程度上限制了聚乳酸产业的快速发展,解决好以上制约产业发展的瓶颈问题是未来加快发展的重点。
随着市场的不断开拓,聚乳酸将迎来快速发展期。虽然近年处于低位的油价对聚乳酸行业发展起到一定抑制作用,但市场的整体发展大方向不会改变,聚乳酸产业将通过建立供应链、中央企业介入生产、出台相应的优惠政策、鼓励下游应用等方式助推产业得到快速发展。随着聚乳酸系列产品的开发和应用,将会有效解决长期以来困扰世界经济可持续发展的“白色污染”问题,并且随着聚乳酸生产技术的进步以及成本的不断降低,其性价比将不断提高,并将得到快速发展。随着时间推移,中国聚乳酸产业也会呈现群雄并起、百家争鸣的井喷式发展景象。
