Die Produktionsmethode, der Branchenstatus und die Aussichten von PLA
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PLA, ein nicht natürlicher Polyester, gilt aufgrund seiner hervorragenden Eigenschaften wie Biokompatibilität, biologische Abbaubarkeit und hohe mechanische Festigkeit als einer der vielversprechendsten „grünen Kunststoffe“. PLA kann durch die Extraktion von Stärke aus erneuerbaren Pflanzen, die Herstellung von Milchsäure durch biologische Fermentation und schließlich durch chemische Synthese hergestellt werden. PLA ist gut abbaubar und kann von Mikroorganismen vollständig abgebaut werden. Produkte aus PLA können nach Gebrauch vollständig zu CO2 und Wasser abgebaut werden und sind ungiftig und nicht reizend. PLA hat ähnliche mechanische Eigenschaften wie Polypropylen. Sein Glanz, seine Klarheit und seine Verarbeitbarkeit sind mit denen von Polystyrol identisch, und seine Verarbeitungstemperatur ist niedriger als die von Polyolefin. Kunststoffverarbeitungsmethoden werden zu verschiedenen Verpackungsmaterialien, Fasern, Vliesstoffen usw. verarbeitet. PLA wird häufig in Einweg-Kunststoffprodukten verwendet. Darüber hinaus kann PLA häufig in der chemischen, medizinischen, pharmazeutischen und 3D-Druckindustrie eingesetzt werden. Es wächst die Erkenntnis, dass PLA-Polyester eine Schlüsselrolle bei der Bekämpfung der Plastikverschmutzung spielen wird.
Die Produktionsmethode von PLA
Die Herstellungsmethode von PLA kann allgemein in die direkte Polykondensationsmethode und die ringöffnende Polymerisationsmethode (Lactidmethode) unterteilt werden. Bei der direkten Polykondensationsmethode, auch PC-Methode oder Einstufenmethode genannt, wird die Aktivität von Milchsäure zur Entfernung von Carboxyl- und Hydroxylgruppen in Gegenwart von Dehydratisierungsgruppen genutzt, sodass die Milchsäuremoleküle zu niedermolekularen Polymeren polykondensiert werden können. Anschließend können die Moleküle durch hohe Temperatur direkt dehydriert werden. Bei der Kondensation zu PLA, einem der Verfahren, werden häufig Schmelzpolymerisation, Lösungspolymerisation und Schmelz-Festphasen-Polymerisation eingesetzt, wobei die Schmelzpolymerisation am weitesten verbreitet ist. Die ringöffnende Polymerisationsmethode wird auch ROP-Methode genannt. Das Milchsäuremonomer wird zunächst dehydriert und zyklisiert, um Lactid zu synthetisieren. Anschließend wird das umkristallisierte Lactid polymerisiert, um PLA zu erhalten. Mit dieser Methode kann PLA mit einem sehr hohen Molekulargewicht erhalten werden. Sie liegt bei etwa 700.000 bis 1 Million (PLA mit niedrigem Molekulargewicht kann schnell abgebaut werden, was die Arzneimittelfreisetzung begünstigt und für den medizinischen Bereich geeignet ist; PLA mit hohem Molekulargewicht hat einen entscheidenden kommerziellen Wert in der Faser-, Textil-, Kunststoff- und Verpackungsindustrie), sodass es sich in der derzeitigen Industrie um das Polymilchsäure-Syntheseverfahren handelt, das weltweit hauptsächlich verwendet wird. Der Produktionsprozess von Lactid ist sehr anspruchsvoll, insbesondere weil die Reinigung komplex ist und der Produktionsmaßstab in unserem Land klein ist. Derzeit verfügt mein Land über eine geringe Produktionskapazität für Polymilchsäure, hauptsächlich weil die Anforderungen an den Produktionsprozess von Milchsäure zu Lactid relativ hoch sind. Milchsäure hat aufgrund ihrer chiralen Struktur zwei optische Isomere, L-Milchsäure und D-Milchsäure. Daher werden nach der Polykondensationsreaktion vier Polymilchsäurepolymere hergestellt, nämlich L-Polymilchsäure, D-Polymilchsäure, DL-Polymilchsäure und meso-Polymilchsäure. Der Gehalt an verschiedenen Arten von Polymilchsäure führt zu Unterschieden in der Leistung und den Eigenschaften von PLA-Produkten. Gegenwärtig wird L-Milchsäure im Allgemeinen als Rohstoff für die Synthese von Lactid im Ausland zur weiteren Herstellung von Polymilchsäure vom L-Typ verwendet, und das relative Molekulargewicht des Produkts ist relativ hoch. In China wird hauptsächlich eine Mischung aus D-Milchsäure und L-Milchsäure als Rohstoff verwendet, und das synthetisierte Lactid wird Meso-Lactid enthalten. Diese Art von Meso-Lactid ist während des Produktionsprozesses schwer zu reinigen, was zu einer Produktion führt. Die Rate ist dürftig, was die Produktionskosten von Lactid stark erhöht. Polymilchsäure weist eine hohe Festigkeit, einen hohen Modul, eine hohe Transparenz und Luftdurchlässigkeit auf. Dennoch ist die Kristallisationsgeschwindigkeit während der Verarbeitung zu langsam, was zu einem verlängerten Verarbeitungszyklus und einer schlechten Hitzebeständigkeit führt, was die Anwendungsbereiche von Polymilchsäureprodukten erheblich einschränkt. Der gebräuchlichste Weg, die Leistung von Polymilchsäure zu verbessern, ist die Zugabe eines Nukleierungsmittels. In tatsächlichen Verarbeitungsanwendungen in Unternehmen ist Talkum das am häufigsten verwendete anorganische Nukleierungsmittel für Polymilchsäure, das das Strecken, Biegen usw. von Polymilchsäure verbessern kann. Mechanische Eigenschaften verbessern die Hitzebeständigkeit.
Aktueller Stand der PLA-Industrie
Derzeit beträgt die weltweite PLA-Produktionskapazität etwa 653.500 Tonnen, und die großen PLA-Hersteller sind hauptsächlich in den Vereinigten Staaten, China, Thailand, Japan und anderen Ländern konzentriert. Nature Works aus den Vereinigten Staaten ist der größte PLA-Hersteller der Welt mit einer jährlichen Produktionskapazität von 180.000 Tonnen, was etwa 30 % der weltweiten PLA-Produktionskapazität ausmacht. Die PLA-Produktion meines Landes begann relativ spät und der Hauptrohstoff Lactid ist hauptsächlich auf Importe angewiesen. Aus technischen Gründen oder aufgrund des Mangels an Rohstoff Lactid können einige PLA-Anlagen nicht stabil arbeiten oder werden abgeschaltet. Die tatsächliche ausreichende Produktionskapazität beträgt etwa 48.000 Tonnen/Jahr und die Produktion liegt bei etwa 18.000 Tonnen/Jahr.
PLA-Marktausblick:
PLA hat ein breites Anwendungsspektrum und wird erfolgreich in Kunststoffverpackungen, Biomedizin und Textilfasern eingesetzt. Aufgrund seiner harmlosen Eigenschaften wird PLA häufig im Verpackungsbereich eingesetzt, vor allem für Lebensmittelverpackungen, Produktverpackungen und landwirtschaftlichen Mulch. PLA hat eine glatte Oberfläche, gute Transparenz und hervorragende Barriereeigenschaften. Es kann PS (Polystyrol) und PET (Polyethylenterephthalat) vielerorts vollständig ersetzen und so die Plastikverschmutzung reduzieren. Abbaubare PLA-Fasern kombinieren Abbaubarkeit, Feuchtigkeitsdurchlässigkeit, Flammschutz, Formung, Anwendung und Abbaubarkeit und werden häufig im Bereich der Textilfasern eingesetzt. Gleichzeitig verfügt PLA über eine hervorragende Biokompatibilität und gute physikalische Eigenschaften. Nach dem Abbau entstehen Kohlendioxid und Wasser, die für den menschlichen Körper unschädlich sind und auf natürlichem Wege abgebaut werden können. Daher wird es zunehmend im Bereich der Biomedizin eingesetzt, beispielsweise zur Gewebekonsolidierung (z. B. Knochenschrauben, Fixierungsplatten und -stopfen), zur Wundversorgung (z. B. künstliche Haut), zur Arzneimittelabgabe (z. B. Diffusionskontrolle) und zum Wundverschluss (z. B. Anbringen von Nähten). Polymilchsäure verursacht im Produktionsprozess keine Umweltverschmutzung und kann in der Natur recycelt werden. Es ist ein ideales grünes Polymermaterial. Gleichzeitig kann es auch in der 3D-Druck-Extrusion, im Spritzguss, beim Folienziehen und in anderen Verarbeitungsverfahren eingesetzt werden. Es wird auch häufig in Lebensmittelverpackungen sowie Industrie- und Landwirtschaftsstoffen verwendet.
Die Produktionsmethode von PLA
Die Herstellungsmethode von PLA kann allgemein in die direkte Polykondensationsmethode und die ringöffnende Polymerisationsmethode (Lactidmethode) unterteilt werden. Bei der direkten Polykondensationsmethode, auch PC-Methode oder Einstufenmethode genannt, wird die Aktivität von Milchsäure zur Entfernung von Carboxyl- und Hydroxylgruppen in Gegenwart von Dehydratisierungsgruppen genutzt, sodass die Milchsäuremoleküle zu niedermolekularen Polymeren polykondensiert werden können. Anschließend können die Moleküle durch hohe Temperatur direkt dehydriert werden. Bei der Kondensation zu PLA, einem der Verfahren, werden häufig Schmelzpolymerisation, Lösungspolymerisation und Schmelz-Festphasen-Polymerisation eingesetzt, wobei die Schmelzpolymerisation am weitesten verbreitet ist. Die ringöffnende Polymerisationsmethode wird auch ROP-Methode genannt. Das Milchsäuremonomer wird zunächst dehydriert und zyklisiert, um Lactid zu synthetisieren. Anschließend wird das umkristallisierte Lactid polymerisiert, um PLA zu erhalten. Mit dieser Methode kann PLA mit einem sehr hohen Molekulargewicht erhalten werden. Sie liegt bei etwa 700.000 bis 1 Million (PLA mit niedrigem Molekulargewicht kann schnell abgebaut werden, was die Arzneimittelfreisetzung begünstigt und für den medizinischen Bereich geeignet ist; PLA mit hohem Molekulargewicht hat einen entscheidenden kommerziellen Wert in der Faser-, Textil-, Kunststoff- und Verpackungsindustrie), sodass es sich in der derzeitigen Industrie um das Polymilchsäure-Syntheseverfahren handelt, das weltweit hauptsächlich verwendet wird. Der Produktionsprozess von Lactid ist sehr anspruchsvoll, insbesondere weil die Reinigung komplex ist und der Produktionsmaßstab in unserem Land klein ist. Derzeit verfügt mein Land über eine geringe Produktionskapazität für Polymilchsäure, hauptsächlich weil die Anforderungen an den Produktionsprozess von Milchsäure zu Lactid relativ hoch sind. Milchsäure hat aufgrund ihrer chiralen Struktur zwei optische Isomere, L-Milchsäure und D-Milchsäure. Daher werden nach der Polykondensationsreaktion vier Polymilchsäurepolymere hergestellt, nämlich L-Polymilchsäure, D-Polymilchsäure, DL-Polymilchsäure und meso-Polymilchsäure. Der Gehalt an verschiedenen Arten von Polymilchsäure führt zu Unterschieden in der Leistung und den Eigenschaften von PLA-Produkten. Gegenwärtig wird L-Milchsäure im Allgemeinen als Rohstoff für die Synthese von Lactid im Ausland zur weiteren Herstellung von Polymilchsäure vom L-Typ verwendet, und das relative Molekulargewicht des Produkts ist relativ hoch. In China wird hauptsächlich eine Mischung aus D-Milchsäure und L-Milchsäure als Rohstoff verwendet, und das synthetisierte Lactid wird Meso-Lactid enthalten. Diese Art von Meso-Lactid ist während des Produktionsprozesses schwer zu reinigen, was zu einer Produktion führt. Die Rate ist dürftig, was die Produktionskosten von Lactid stark erhöht. Polymilchsäure weist eine hohe Festigkeit, einen hohen Modul, eine hohe Transparenz und Luftdurchlässigkeit auf. Dennoch ist die Kristallisationsgeschwindigkeit während der Verarbeitung zu langsam, was zu einem verlängerten Verarbeitungszyklus und einer schlechten Hitzebeständigkeit führt, was die Anwendungsbereiche von Polymilchsäureprodukten erheblich einschränkt. Der gebräuchlichste Weg, die Leistung von Polymilchsäure zu verbessern, ist die Zugabe eines Nukleierungsmittels. In tatsächlichen Verarbeitungsanwendungen in Unternehmen ist Talkum das am häufigsten verwendete anorganische Nukleierungsmittel für Polymilchsäure, das das Strecken, Biegen usw. von Polymilchsäure verbessern kann. Mechanische Eigenschaften verbessern die Hitzebeständigkeit.
Aktueller Stand der PLA-Industrie
Derzeit beträgt die weltweite PLA-Produktionskapazität etwa 653.500 Tonnen, und die großen PLA-Hersteller sind hauptsächlich in den Vereinigten Staaten, China, Thailand, Japan und anderen Ländern konzentriert. Nature Works aus den Vereinigten Staaten ist der größte PLA-Hersteller der Welt mit einer jährlichen Produktionskapazität von 180.000 Tonnen, was etwa 30 % der weltweiten PLA-Produktionskapazität ausmacht. Die PLA-Produktion meines Landes begann relativ spät und der Hauptrohstoff Lactid ist hauptsächlich auf Importe angewiesen. Aus technischen Gründen oder aufgrund des Mangels an Rohstoff Lactid können einige PLA-Anlagen nicht stabil arbeiten oder werden abgeschaltet. Die tatsächliche ausreichende Produktionskapazität beträgt etwa 48.000 Tonnen/Jahr und die Produktion liegt bei etwa 18.000 Tonnen/Jahr.
PLA-Marktausblick:
PLA hat ein breites Anwendungsspektrum und wird erfolgreich in Kunststoffverpackungen, Biomedizin und Textilfasern eingesetzt. Aufgrund seiner harmlosen Eigenschaften wird PLA häufig im Verpackungsbereich eingesetzt, vor allem für Lebensmittelverpackungen, Produktverpackungen und landwirtschaftlichen Mulch. PLA hat eine glatte Oberfläche, gute Transparenz und hervorragende Barriereeigenschaften. Es kann PS (Polystyrol) und PET (Polyethylenterephthalat) vielerorts vollständig ersetzen und so die Plastikverschmutzung reduzieren. Abbaubare PLA-Fasern kombinieren Abbaubarkeit, Feuchtigkeitsdurchlässigkeit, Flammschutz, Formung, Anwendung und Abbaubarkeit und werden häufig im Bereich der Textilfasern eingesetzt. Gleichzeitig verfügt PLA über eine hervorragende Biokompatibilität und gute physikalische Eigenschaften. Nach dem Abbau entstehen Kohlendioxid und Wasser, die für den menschlichen Körper unschädlich sind und auf natürlichem Wege abgebaut werden können. Daher wird es zunehmend im Bereich der Biomedizin eingesetzt, beispielsweise zur Gewebekonsolidierung (z. B. Knochenschrauben, Fixierungsplatten und -stopfen), zur Wundversorgung (z. B. künstliche Haut), zur Arzneimittelabgabe (z. B. Diffusionskontrolle) und zum Wundverschluss (z. B. Anbringen von Nähten). Polymilchsäure verursacht im Produktionsprozess keine Umweltverschmutzung und kann in der Natur recycelt werden. Es ist ein ideales grünes Polymermaterial. Gleichzeitig kann es auch in der 3D-Druck-Extrusion, im Spritzguss, beim Folienziehen und in anderen Verarbeitungsverfahren eingesetzt werden. Es wird auch häufig in Lebensmittelverpackungen sowie Industrie- und Landwirtschaftsstoffen verwendet.