天津科技大学王正祥教授：我国聚乳酸产业发展现状与对策研究

天津科技大学化工与材料学院教授 王正祥 将出席2022年7月6-8日的《中欧科学家生物基与降解材料产业论坛暨国际禁塑替代品展览会》，演讲主题为《聚乳酸产业发展现状与对策研究》，欢迎大家踊跃报名，现场聆听。

摘要：聚乳酸作为典型的碳中和、可再生、生物全降解高分子材料，正逐步发展成为国民经济和社会发展所必需的基础性大宗原材料。聚乳酸材料产业链涵盖乳酸单体的生物制造，乳酸单体的化学聚合，聚乳酸改性、加工、成型与产品制造，聚乳 酸材料质量体系与环境释放管理等，是集生物发酵工业、化学化工工业、高分子材料工业、现代管理等技术成就于一体的新型产业。
本文立足国情实际和产业需求，在比较分析国内外聚乳酸材料技术研究与产业现状的基础上，着重对我国聚乳酸材 料产业发展中原料供给多样性与安全平衡、生产工艺技术与装备、产业链产品多样性与重点发展方向、质量控制体系与环境释放管理评价体系、政策引导与扶持等方面存在的问题与对策进行分析研究。
相关内容可为聚乳酸的技术攻关、应用拓展、 产业发展提供基础性和启发性参考。 关键词：聚乳酸；单体制造；化学合成；材料改性与加工；产业发展；核心技术

聚乳酸材料在“白色污染”治理方面不可或缺，是引领生物可降解材料工业发展、拓展相关应用领 域的核心要素；涵盖我国经济与社会的众多领域 （见图 1），以制造业中的应用最为突出，至少涉及其中的 25 个门类及其细分领域。例如，快递、包装、 一次性餐具、个人护理、城市卫生与环境维护、农 林生产资料与农用器具等方面大量使用塑料制品，因辐射地域的高度分散性而成为我国“白色污染” 综合治理中的优先方向；每年释放的塑料制品市场份额超过 7×106 t [5]，是生物全降解聚乳酸材料的首要应用对象。

此外，聚乳酸材料在纺织服装、体育用品、儿童玩具 / 用具、日用品、医疗 / 医用材料、建筑装饰、科研教学等领域存在大量需求，在化肥与农药缓释、机械部件现场制造、药物与疫苗封装、现代种植与养殖等新兴应用领域正在引导新的技术变革。

因此，全面理解聚乳酸产业链技术现状，克服国内聚乳酸产业链中存在的技术壁垒以贯通全产业链，合理有序实施产业链的提前布局，对我国聚乳酸产业高质量发展意义重大。

聚乳酸产业发展现状
聚乳酸产业发展经历了漫长的技术成熟过程。早在 1913 年，法国科学家便通过缩聚法合成了聚乳酸，但因聚合度低而无法直接用作结构材料。1932 年，被誉为高分子化学之父的华莱士 • 卡罗瑟斯发明了在有机溶剂和真空状态下的聚乳酸合成技术。1954 年，美国杜邦公司运用两步法制备出高分子量的聚乳酸。1966 年，库尔卡尼等人合成了生物可降解的聚左旋乳酸（PLLA）缝合线，阐明了聚乳酸具有良好的生物相容性与生物可降解性。
1976 年， 约尔斯等人报道了聚乳酸可广泛用作药物缓释体系载体的研究。1987 年，伦斯拉格等人以四苯基锡为催化剂，制备出更高分子量的 PLLA，极大改善了材料力学性能，展现了聚乳酸作为骨折内固定材料的广阔应用前景。1987 年，美国嘉吉公司开始投资研发新的聚乳酸制造技术，发展的系列聚乳酸合成新技术极大推动了聚乳酸工业化进程。
2005 年，美 国 NatureWorks 公司宣布独立开展乳酸、聚乳酸综合业务，聚乳酸生产装置规模世界最大（年产量超过 1.5×105 t），细分品类完整。 
我国研究和开发聚乳酸材料技术，开展规模化工业化应用始于 2000 年左右。目前在建、扩建的生产聚合级乳酸和聚乳酸的企业有十多家，代表性的企业主要有：安徽丰原生物技术股份有限公司、 上海同杰良生物材料有限公司、浙江海正生物材料股份有限公司、万华化学集团股份有限公司、吉林中粮生物材料有限公司、山东同邦新材料科技有限公司、河南金丹乳酸科技股份有限公司、深圳光华伟业股份有限公司、中国恒天集团有限公司；另有数家特大型企业正在规划进入本领域。
聚乳酸材料产业关键技术
（一）乳酸单体制造技术
制得极高光学纯度（≥ 99.5%）、极高化学纯度（≥ 98.0%）的乳酸单体，是聚乳酸产业发展的关键点之一。目前，乳酸单体规模化制造的主要方法是生物发酵法，具有高效合成乳酸单体的微生物菌种是实现这一过程的核心，决定了乳酸单体生产的工艺路线与装备体系。
（二）丙交酯和聚乳酸制造技术
聚乳酸的制备技术主要有：一步法、两步法、 酶法生物合成技术、从葡萄糖直接合成聚乳酸的从头生物合成法。国内外已经或正在实施工业化应用的聚乳酸制备技术主要是两步法。丙交酯 聚合制备聚乳酸的工艺技术与工业化装置已经成 熟，但高纯度丙交酯制备依然是相关技术体系的难点和关键点。

（三）聚乳酸材料改性与加工技术
聚乳酸材料改性与加工属于聚乳酸产业链的下 游应用，绝大部分技术与装备已为国内企业所掌握， 是我国聚乳酸产业相对成熟且具较大规模的部分。随着新型聚乳酸产品的出现、特定应用场景需求的 提炼，相关技术也会不断实现新的发明突破。
我国聚乳酸产业高质量发展策略
（一）重视原料供给的多样性与安全平衡
与所有工业发酵产品一样，乳酸单体的生产原料主要来自农业产出，其中淀粉质原料是现阶段最主要的原料，百万吨以下规模的聚乳酸产业建设一般不会对粮食原料供给平衡造成显著影响。考虑到聚乳酸产业规模可能持续扩大，“不与人争粮、不与粮争地”的原则同样适用于聚乳酸产业的未来发展。需要超前谋划聚乳酸产业规模化发展后的原料供给多样性与安全平衡，赋予生产菌种原料的利用多样性是解决此类问题的核心关键（见图 2）。

（二）提升现代发酵生产工艺、技术与装备水平
应对单体纯度、生产成本的要求，新菌种、新 技术、新工艺、新装备的发明与运用正在驱动乳酸单体发酵生产技术及其下游的工程技术出现变革（见图 3）。我国聚乳酸产业的高质量发展，应以技术优化、工程化实施技术与装备研制为重点。

（三）围绕重点方向强化聚乳酸产业链的产品多样性及其生产技术创新
聚乳酸全产业链的产品主要有：乳酸单体、乳酸直接衍生品、丙交酯中间产品、聚乳酸、聚乳酸衍生产品、聚乳酸制品；产业链相关产品，如专有制造装备、专用化学催化剂、改性材料、质量分析 鉴测专有装备与专有试剂盒、标准与标准物等（见图 4）。

结语
聚乳酸作为典型的碳中和、可再生、生物全降解高分子材料，是继石化高分子材料之后又一革性新材料，必将逐步成为我国国民经济和社会 发展的基础性大宗原材料，有力带动其他生物可降解材料、关联产业及周边产业的发展。
经过 20 年 的技术研究与应用实践，我国已具备规模化工业实施聚乳酸产业发展的雄厚基础。着眼未来，通过“政产学研用”层面的通力合作，多学科跨界 组合创新，全产业链技术与装备融通，在切实解决制约行业发展和自主化水平“卡脖子”技术难题的同时，有望快速实现聚乳酸创新链、产业链、 人才链、供应链的合理布局与协调运转，驱动聚乳酸产业高质量发展，实现聚乳酸材料为民所想、为民所用目标。
来源：天津科技大学化工与材料学院王正祥教授、TK生物基材料编辑
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