PLA: der vielversprechendste biobasierte abbaubare Kunststoff
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PLA (Polymilchsäure) ist ein neuartiges abbaubares Material, das durch die Extraktion von Stärke aus nachwachsenden Pflanzen, die Herstellung von Milchsäure durch biologische Fermentation und schließlich durch chemische Synthese hergestellt werden kann. 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. Sie gelten weithin als umweltfreundliche Materialien.
PLA hat ähnliche mechanische Eigenschaften wie Polypropylen, Glanz, Klarheit und Verarbeitbarkeit ähneln denen von Polystyrol und seine Verarbeitungstemperatur ist niedriger als die von Polyolefin. Kunststoffverarbeitungsmethoden werden zu verschiedenen Verpackungsmaterialien, Fasern und Vliesstoffen usw. verarbeitet, die in der Industrie, Landwirtschaft, Medizin und im zivilen Bereich weit verbreitet sind.
1. PLA-Herstellungsverfahren
Das Herstellungsverfahren von PLA kann allgemein in das direkte Polykondensationsverfahren und das Ringöffnungspolymerisationsverfahren (Lactidverfahren) unterteilt werden. Bei der direkten Polykondensationsmethode, auch PC-Methode oder Einstufenmethode genannt, wird die Aktivität von Milchsäure genutzt, um Carboxyl- und Hydroxylgruppen in Gegenwart von Dehydratisierungsgruppen zu entfernen, sodass die Milchsäuremoleküle unter Bildung niedermolekularer Polymere 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 heißt, das Milchsäuremonomer wird zuerst dehydriert und zyklisiert, um Lactid zu synthetisieren, und dann 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 wichtigen kommerziellen Wert in der Faser-, Textil-, Kunststoff- und Verpackungsindustrie), daher handelt es sich derzeit um den weltweit hauptsächlich verwendeten Polymilchsäure-Syntheseprozess.
Milchsäure hat aufgrund ihrer Eigenschaften zwei optische Isomere, L-Milchsäure und D-Milchsäure chirale Struktur. 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.
Polymilchsäure weist eine hohe Festigkeit, einen hohen Modul sowie eine gute Transparenz und Luftdurchlässigkeit auf, ihre Kristallisationsgeschwindigkeit ist jedoch während der Verarbeitung zu langsam, was zu einem verlängerten Verarbeitungszyklus und einer schlechten Hitzebeständigkeit führt, was die Anwendungsbereiche von Polymilchsäureprodukten stark einschränkt. Die derzeit gebräuchlichste Methode zur Verbesserung der Leistung von Polymilchsäure 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. Die mechanischen Eigenschaften verbessern die Hitzebeständigkeit.
2. 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. Zu den wichtigsten Produktionsunternehmen in meinem Land gehören Zhejiang Hisun Biotechnology, Anhui Fengyuan Group, Henan Jindan Technology usw. Das im Bau befindliche PLA-Projekt hat eine Produktionskapazität von etwa 300.000 Tonnen pro Jahr, und die langfristig geplante Produktionskapazität beträgt etwa 2 Millionen Tonnen pro Jahr. Da die Jindan Technology, die Fengyuan Group usw. meines Landes auf die Anhäufung von Technologien im Bereich der biologischen Fermentation setzen, um erfolgreich qualifizierte Lactid-Rohstoffe herzustellen, wird dies die Möglichkeit für eine schnelle Erweiterung der PLA-Produktionskapazität in meinem Land in der Zukunft bieten.
3. PLA-Marktaussichten
PLA hat ein breites Anwendungsspektrum und wird erfolgreich in den Bereichen 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 und Flammschutz sowie Formbarkeit, 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).
Vom menschlichen Körper aufgenommene Nährstoffe müssen von Enzymen „verarbeitet“ werden, bevor sie in direkt absorbierte Nährstoffe umgewandelt werden können. Bei den drei Mahlzeiten am Tag werden stärkehaltige Lebensmittel durch Amylase in Glukose zerlegt; Proteine werden durch Protease in Aminosäuren zerlegt; Verschiedene Lipide werden durch Lipase in Fettsäuren zerlegt. Andernfalls kann es vom Körper nicht verwertet werden, außerdem wird es den Körper belasten und Krankheiten verursachen.
PLA hat ähnliche mechanische Eigenschaften wie Polypropylen, Glanz, Klarheit und Verarbeitbarkeit ähneln denen von Polystyrol und seine Verarbeitungstemperatur ist niedriger als die von Polyolefin. Kunststoffverarbeitungsmethoden werden zu verschiedenen Verpackungsmaterialien, Fasern und Vliesstoffen usw. verarbeitet, die in der Industrie, Landwirtschaft, Medizin und im zivilen Bereich weit verbreitet sind.
1. PLA-Herstellungsverfahren
Das Herstellungsverfahren von PLA kann allgemein in das direkte Polykondensationsverfahren und das Ringöffnungspolymerisationsverfahren (Lactidverfahren) unterteilt werden. Bei der direkten Polykondensationsmethode, auch PC-Methode oder Einstufenmethode genannt, wird die Aktivität von Milchsäure genutzt, um Carboxyl- und Hydroxylgruppen in Gegenwart von Dehydratisierungsgruppen zu entfernen, sodass die Milchsäuremoleküle unter Bildung niedermolekularer Polymere 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 heißt, das Milchsäuremonomer wird zuerst dehydriert und zyklisiert, um Lactid zu synthetisieren, und dann 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 wichtigen kommerziellen Wert in der Faser-, Textil-, Kunststoff- und Verpackungsindustrie), daher handelt es sich derzeit um den weltweit hauptsächlich verwendeten Polymilchsäure-Syntheseprozess.
Milchsäure hat aufgrund ihrer Eigenschaften zwei optische Isomere, L-Milchsäure und D-Milchsäure chirale Struktur. 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.
Polymilchsäure weist eine hohe Festigkeit, einen hohen Modul sowie eine gute Transparenz und Luftdurchlässigkeit auf, ihre Kristallisationsgeschwindigkeit ist jedoch während der Verarbeitung zu langsam, was zu einem verlängerten Verarbeitungszyklus und einer schlechten Hitzebeständigkeit führt, was die Anwendungsbereiche von Polymilchsäureprodukten stark einschränkt. Die derzeit gebräuchlichste Methode zur Verbesserung der Leistung von Polymilchsäure 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. Die mechanischen Eigenschaften verbessern die Hitzebeständigkeit.
2. 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. Zu den wichtigsten Produktionsunternehmen in meinem Land gehören Zhejiang Hisun Biotechnology, Anhui Fengyuan Group, Henan Jindan Technology usw. Das im Bau befindliche PLA-Projekt hat eine Produktionskapazität von etwa 300.000 Tonnen pro Jahr, und die langfristig geplante Produktionskapazität beträgt etwa 2 Millionen Tonnen pro Jahr. Da die Jindan Technology, die Fengyuan Group usw. meines Landes auf die Anhäufung von Technologien im Bereich der biologischen Fermentation setzen, um erfolgreich qualifizierte Lactid-Rohstoffe herzustellen, wird dies die Möglichkeit für eine schnelle Erweiterung der PLA-Produktionskapazität in meinem Land in der Zukunft bieten.
3. PLA-Marktaussichten
PLA hat ein breites Anwendungsspektrum und wird erfolgreich in den Bereichen 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 und Flammschutz sowie Formbarkeit, 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).
Vom menschlichen Körper aufgenommene Nährstoffe müssen von Enzymen „verarbeitet“ werden, bevor sie in direkt absorbierte Nährstoffe umgewandelt werden können. Bei den drei Mahlzeiten am Tag werden stärkehaltige Lebensmittel durch Amylase in Glukose zerlegt; Proteine werden durch Protease in Aminosäuren zerlegt; Verschiedene Lipide werden durch Lipase in Fettsäuren zerlegt. Andernfalls kann es vom Körper nicht verwertet werden, außerdem wird es den Körper belasten und Krankheiten verursachen.