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全球及中国聚乳酸行业发展现状及预测
2020年07月22日    阅读量:345    新闻来源:中国风格网 stylechina.com  |  投稿

一、聚乳酸(PLA)应用最广,聚酯类(PBAT/PBS)发展潜力巨大

全球及中国聚乳酸行业发展现状及预测 中网时尚,stylechina.com

目前商业化的生物降解塑料有聚乳酸(PLA)、聚羟基脂肪酸酯(PHA)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚丁二酸-己二酸丁二醇酯(PBSA)、聚对苯二甲酸-己二酸丁二醇酯(PBAT)等,其中PLA目前应用最为广泛,PBAT应用前景最为突出。


1、聚乳酸(PLA)行业发展情况分析


聚乳酸系乳酸单体经脱水缩聚所形成的高分子聚合物,是一种典型的合成类可完全生物降解材料,由于其具有可靠的生物安全性、生物可降解性、环境友好性、良好的力学性能及易于加工成形等优点,在生物医用高分子、纺织行业、农用地膜和包装等行业具有广阔的应用前景。


聚乳酸(PLA)又称聚丙交酯,是以乳酸为单体脱水聚合生成,目前是产业化最成熟、产量最大、应用最广泛、价格最低的生物基和生物降解塑料。乳酸可以用玉米、木薯、秸秆等可再生生物质作为原料,来源广泛且可再生。PLA使用后可以堆肥降解成CO2和水,实现在自然界中的循环。


聚乳酸生物降解塑料特点


原料来源丰富,安全性强


玉米、木薯、高粱等都可以生产聚乳酸,而这些农作物均可人工大面积种植,此外秸秆、稻草等农作物或植物根茎叶也可以作为原料。焚烧时不会释放出氮化物、硫化物等有毒气体,安全性强。


具有良好的生物相容性和生物可降解性


聚乳酸具有生物活性,降解产物可被生物体吸收,是理想的生物医用材料。聚乳酸埋在土壤中在大自然微生物的作用下6-12个月就可以发生降解,变成乳酸最终成为二氧化碳和水,可谓真正的环境友好材料。具有优异的抗菌性能聚乳酸是唯一具有优良抑菌及抗霉特性的生物降解塑料。


机械性能,透明性,透气透氧性优异


聚乳酸塑料还有可直接采用通用塑料设备进行挤出、注射、拉伸、纺丝、吹塑等加工成型,如制成的纤维物理性能接近锦纶和涤纶,透气性和手感却好于涤纶。生产能耗低聚乳酸的生产能耗只相当于传统石化产品的20%~50%,产生的二氧化碳气体则只为50%。


目前聚乳酸合成主要有2种方法。


一步法:乳酸直接脱水缩聚。该法优点在于单体转化率较高,工艺简单,不需要经过中间体的纯化,因而成本较低,主要问题是产物的分子量及其分布难以控制,不易得到高分子量的聚合物。目前国内仅使用同济大学技术的同杰良公司采用一步法制聚乳酸。


PLA一步法制备

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数据来源:六鉴化工咨询《聚乳酸技术与市场调研报告》


两步法:乳酸生成丙交酯,再开环聚合制得聚乳酸。该方法可以得到分子量和微观结构均可调的聚乳酸,但丙交酯开环聚合法要经过丙交酯纯化的步骤,生产流程长,成本较高。目前聚乳酸的生产主要采用丙交酯开环聚合工艺


PLA两步法制备

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数据来源:六鉴化工咨询《聚乳酸技术与市场调研报告》


聚乳酸的自降解以水解为主要形式,通常不需要特殊水解酶,降解产物可参加体内循环,最终以二氧化碳和水的形式排出体外,对环境不产生污染。聚乳酸属脂肪族热塑性高分子材料,其力学性能主要受其结晶度的影响,和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚苯乙烯(PS)等性能相当,可有效替代石油基高分子材料。聚乳酸具有良好的加工性能,可采用注塑、热塑、挤出成型、吹膜成型、发泡成型等方式加工。


我国政府在2007年12月发布了《关于限制生产销售使用塑料购物袋的通知》,规定自2008年6月1日起在全国范围内禁止生产、销售、使用厚度小于0.025毫米的塑料购物袋,且实行塑料购物袋有偿使用制度。2015年4月修订的《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》规定:国家鼓励科研、生产单位研究、生产易回收利用、易处置或者在环境中可降解的薄膜覆盖物和商品包装物;使用农用薄膜的单位和个人,应当采取回收利用等措施,防止或者减少农用薄膜对环境的污染。2018年4月,党中央、国务院出台《关于支持海南全面深化改革开放的指导意见》,全面禁止在海南生产、销售和使用一次性不可降解塑料袋、塑料餐具,加快推进快递业绿色包装应用。


通过环保立法来限制或禁止一次性塑料制品的使用已成为越来越多的国家或地方政府的共识,也将有利于推动乳酸及聚乳酸行业的持续、稳定、健康发展。


目前全球聚乳酸产能超过50万吨/年。美国NatureWorks公司是全球最大的聚乳酸生产企业,年产能达18万吨,占据了全球30%以上的聚乳酸产能。聚乳酸的生产在我国目前仍属起步发展阶段,江苏允友成年产5万吨聚乳酸生产线是目前国内最大的聚乳酸生产线。


2018年6月,丰原集团年产10万吨聚乳酸项目于安徽固镇县奠基,目前固镇丰原生物产业基地玉米--乳酸--丙交酯--聚乳酸的全产业链加工线正在建设中。2019年3月,通辽经济技术开发区与丰原集团签约“百万吨级生物新材料聚乳酸”项目,该项目总投资120亿元,计划分三期建设,一期项目投资50亿元,年产30万吨聚乳酸,计划2019年开工建设,2021年建成投产。全部建成后形成年加工转化玉米350万吨、年产150万吨乳酸、100万吨聚乳酸及其他生物技术产品,并配套建设30万千瓦热电项目。


国外聚乳酸项目产能情况


数据来源:公开资料整理


国内聚乳酸项目产能情况


数据来源:六鉴化工咨询《聚乳酸技术与市场调研报告》


目前全球除生产聚乳酸以外,乳酸市场需求量约为40万吨,生产企业主要集中在美国、中国、泰国、西欧、中南美等地,近70%的厂商采用微生物发酵法进行生产。Corbion-Purac和Cargil公司是全球前二大的乳酸制造企业,产能合计达到38万吨,约占全球总产能的50%,中国生产的乳酸约占42%的市场份额。金丹科技是国内乳酸及其衍生产品生产的龙头企业,具备L-乳酸年产能10.5万吨,乳酸盐年产能2.3万吨。行业内近些年陆续出现新进入者,主要原因是看好乳酸及其衍生品丙交酯、聚乳酸在可降解生物新材料领域的广阔市场前景。


国外乳酸主要生产企业产能情况


数据来源:六鉴化工咨询《乳酸技术与市场调研报告》


国内乳酸主要生产企业

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聚乳酸开发陆续被列入“九五”、“十五”、“863”、“973”、“火炬计划”、“十一五”、“中国制造2015”和《国家中长期科学科技发展规划》重点科研攻关项目。


甚至在国家的“十三五”生物产业发展规划中提到,到“十三五”末,生物基聚酯、生物基聚氨酯、生物基尼龙和生物基增塑剂的年产能分别达到15万吨、20万吨、5万吨和20万吨;在10个城市形成示范应用对石油基日用塑料制品的替代率达到50%左右;在生物基农用地膜推广10万亩以上(1亩=666.67m2);形成一批生物基纤维新产品。生物基材料产业成为绿色与低碳经济增长的亮点,为我国经济社会可持续发展做出实质性贡献。


2、聚己二酸、对苯二甲酸/丁二醇酯共聚物(PBAT)行业发展情况分析


PBAT是聚己二酸、对苯二甲酸/丁二醇酯共聚物,具有良好的生物降解性,兼具聚己二酸丁二醇酯(PBA)和聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)的特性,热稳定性好、力学性能优良,广泛应用于包装(包括食品包装、化妆品盒、药品盒)、餐具、一次性医疗用品,农用薄膜等领域。


PBAT结构式


数据来源:六鉴化工咨询《PBAT技术与市场调研报告》


全球PBAT产能最大的公司为BASF,目前产能为7.4万吨/年。我国PBAT材料产业化发展速度快,行业内企业集中度高。目前金发科技每年产能为3万吨、金晖兆隆每年产能为2万吨、汇盈新材料有限公司每年产能为2.5万吨,蓝山屯河每年产能为0.5万吨,3万吨/年生产线正在建设中。目前全球PBAT市场需求旺盛,由于PBAT价格较高,国内产品主要用于出口。随着欧洲市场的需求量的逐步增加,未来几年国内PBAT材料的产能有望逐步提升。


全球PBAT主要生产装置产能


数据来源:六鉴化工咨询《PBAT技术与市场调研报告》


国内PBAT原材料条件良好,支撑PBAT快速发展


PTA方面,2018年国内PTA年产能为5129万吨,产量约为4041万吨,开工率为78.8%,其下游需求略低于产量,国内已实现完全自己,目前行业生产能力过剩,PTA的价格也处于历史低位,相对于2018年末的1020美元/吨,现在价格仅655美元/吨。1,4-丁二醇(BDO)方面,2018年我国产能为188万吨,产量为140万吨,自2015年以来BDO几乎没有新增产能投放,2018年开工率已经处于历史高位,但依然不到75%,目前行业同样产能过剩。乙二酸方面,2018年我国己二酸产能256万吨,产量146万吨,自2012年以来,乙二酸的开工率始终维持在50%上下,同样处于产能严重过剩状态。PBAT的发展有助于改善上游产业产能过剩的问题。


2011-2018年我国1,4-丁二醇产能、产量和开工率


数据来源:六鉴化工咨询《1,4丁二醇技术与市场调研报告》


1,4丁二醇价格和价差(元/吨


数据来源:六鉴化工咨询《1,4丁二醇技术与市场调研报告》


2011-2018年我国己二酸产能、产量和开工率


数据来源:六鉴化工咨询《己二酸技术与市场调研报告》


己二酸价格和价差(元/吨)


数据来源:六鉴化工咨询《己二酸技术与市场调研报告》


2009-2018年我国PTA产能、产量和开工率


数据来源:六鉴化工咨询《PTA技术与市场调研报告》


PTA价格和价差(元/吨)


数据来源:六鉴化工咨询《PTA技术与市场调研报告》


我国PBAT的生产工艺条件也较为成熟。PBAT的生产装置与PBT、PET及PBS的生产装置在聚合反应、真空系统、熔体输送、处理系统、热媒系统等方面存在诸多相似,工程转化的互通性良好。


目前国内50万t/aPET装置已经实现国产化,高黏度聚合反应器等关键设备均可在国内制造,大型聚合设备的制造、检验及施工安装也已有成熟的经验和程序,可为PBAT产业化提供借鉴。此外,由于PBAT材料的分子热稳定性高、降解速度低以及分子空间大,可以与其它分子共混;


同时分子链具有良好的柔性,因此PBAT材料向柔性发展,侧重于多品种切换,市场表现良好,特别是作为生物降解地膜的专用料方面表现突出,是公认的最具前景的生物降解材料。


3、聚羟基脂肪酸酯(PHA)行业发展情况分析


PHA是一种新型的可完全生物降解的热塑性塑料,其大多数单体为链长3~14个碳原子的3-羟基脂肪酸,具有生物相容性、生物可降解性、压电性以及良好的使用与加工性能,其基本性能与聚丙烯相似,可在传统塑料加工机械上进行拉丝、模压、热注塑加工成型。


可代替绝大部分石油基塑料原料,与聚乳酸(PLA)等其它生物降解材料相比,PHA结构多元化,通过改变菌种、给料、发酵过程可以很方便地改变PHA的组成,而组成结构多样性带来的性能多样化使其在应用中具有明显的优势。


PHA可广泛应用于农业、环保、生物化工、微电材料、能源、医药、医用材料等领域。目前可以工业化生产出的PHA产品包括聚羟基丁酸酯(PHB)、聚羟基戊酸酯(PHV)、聚羟基丁酸戊酸酯(PHBV)等。


PHA的生物合成法主要利用微生物的自身代谢来合成产物,主要有微生物发酵法,包括野生菌法和重组工程菌法,其次还有转基因植物法和活性污泥法等。目前微生物发酵法研究最为广泛。


并且随着合成生物学和形态学工程等基因操作手段与蓝水生物技术的整合应用有利于推进PHA的产业化进程;而转基因植物法和活性污泥法虽然有利于降低发酵成本,但是产率低以及提纯困难严重制约PHA的大规模生产应用。


我国对PHA的研究虽然起步较晚,但目前是世界上生产PHA品种最多、产量最大的国家。其中,天津国韵能够每年生产10000吨PHA;广东江门生物技术开发中心与清华大学合作,首次在国内外成功实现了第三代生物塑料聚3-羟基丁酸-3-羟基己酸酯(PHBHHx)的工业化生产。


PHA主要生产企业及产能



数据来源:六鉴化工咨询《PHA技术与市场调研报告》


二、聚乳酸将成为乳酸第一大应用领域


2018年全球乳酸市场(包含乳酸盐、酯及聚乳酸)消费量约为51.8万吨,未来五年以5.6%的复合增速增长。目前全球市场需求以L-乳酸为主,纯D-乳酸全球市场需求仅约2000吨,除聚乳酸应用外主要用于生产农药杀虫剂、除草剂等。


目前,全球乳酸生产企业主要集中在美国、中国、泰国、西欧、中南美及日本等,近70%的厂商采用微生物发酵法进行生产。科碧恩-普拉克公司在美国、泰国、西欧等都建有乳酸生产工厂,其生产的乳酸约占全球50%-60%的市场份额,中国生产的乳酸约占30%的市场份额,其余地区的制造商市场份额约占10%。


目前乳酸的下游应用中,用于食品饮料领域的乳酸在2018年占整体市场的46.40%,其次为应用于聚乳酸市场占比约为37.60%。预计未来几年,随着聚乳酸市场需求快速增长,聚乳酸将超过食品和饮料行业成为乳酸的第一大应用领域。


2018-2023年全球乳酸行业消费量变化预测



数据来源:六鉴化工咨询《乳酸技术与市场调研报告》


目前,乳酸作为聚合单体用于生产聚乳酸的应用占乳酸整体应用领域的比例达37.60%,作为环境友好型生物基可降解材料,未来随着塑料、包装、纺织、农用地膜及现代医药材料等新兴应用领域需求的快速增长,预计至2023年全球乳酸需求中用于生产聚乳酸的消费占比将上升至44.30%。


2018-2023年全球乳酸行业消费量结构变化预测


数据来源:六鉴化工咨询《乳酸技术与市场调研报告》


2018年全球乳酸的产量约为52.0万吨,表观消费量为51.80万吨。北美是世界上最大的乳酸消费市场,年乳酸消费量为23.35万吨,占世界乳酸消费量的45.08%,该市场乳酸主要的用途为生产聚乳酸,其次为食品和饮料的应用。


亚洲作为世界第二大乳酸消费市场,年乳酸消费量为14.33万吨,传统的食品和饮料应用仍是驱动乳酸消费增长的主要动力,工业和聚乳酸的生产也占据一定的消费比例。


在世界的其他地区,乳酸的消费主要应用于食品和饮料领域,其中西欧乳酸年消费量为8.96万吨。随着聚乳酸生产线的投产建设,美国、中国和其他亚洲地区的乳酸消费将快速增长。在其他地区,由于乳酸消费量的增长主要由食品饮料行业驱动,乳酸的消费增长速度将保持自然增速。


三、未来聚乳酸产业发展方向


聚乳酸是一种很好的生物基产品,在塑料、纤维方面都有很好的应用前景。经过多年的研发,我国聚乳酸已经形成万吨级的规模,聚乳酸长丝、短丝都有产业化,产品已进入市场,后续应用也正在进行。但是与化纤产品相比,聚乳酸的规模化、产业化还不够。


此外,与聚酯纤维的高性价比和高市场接受度相比,聚乳酸纤维虽有优点,但耐温性差、染色性差等缺点不容忽视,在技术、工程、装备等方面还需系统的产业攻关,市场接受度也有待提高。因此在放量时,需要考虑其成本和市场接受度,可以先把目标放低一点,将基础工作做扎实,待产品有需求、市场真正接受后,再向百万吨的目标进发。


聚乳酸纤维是一种非常具有发展前景的生物基纤维。丰原集团通过打通从乳酸、聚乳酸到纤维、服装的全产业链,对聚乳酸纤维的发展做出了巨大贡献,尤其是开发秸秆纤维素作为聚乳酸的原材料,拓宽了聚乳酸的原料领域,进一步提升了聚乳酸纤维的竞争力。她还表示,发展聚乳酸产业要有耐心,做好精细化布局,考虑到技术、成本、质量、知识产权、品牌推广等方方面面,以保持产业高质量发展。


在环保压力日益严重的形势下,寻找可替代塑料基产品的材料尤为重要,而生物基聚乳酸材料则是一种非常理想的替代品。丰原集团开发的生物基聚乳酸材料能够在性能与成本上做到优势,这对于聚乳酸产业的发展具有重要推动作用。


聚乳酸产业的发展还有很长的路要走,一方面要通过产学研合作,进一步加强基础研究;另一方面要以市场为导向,拓宽聚乳酸的应用领域,提升聚乳酸产品的附加值。更多内容参见六鉴化工咨询《聚乳酸技术与市场调研报告(2020)》《PBS技术与市场调研报告(2020)》


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