聚乳酸产业分析-王甫忠 高长春

聚乳酸产业分析-王甫忠 高长春
聚乳酸产业分析-王甫忠 高长春

聚乳酸产业分析

王甫忠高长春

3.1 外部环境(PEST)分析

近年来,随着我国加入世贸组织后进一步全面开放、与国际市场一体化的程度进一步提高,对聚乳酸产业提出了更高的要求。聚乳酸产业投资者需通过对自身内外环境的分析,选择适合自身的投资机会与发展战略并组织实施是十分必要的。PEST(Political、Economic、Social、Technological)分析模型是环境分析的一种有效方法,为我们聚乳酸产业的发展壮大提供了一个思路,它通过对政治、经济、社会和技术四个方面的若干影响因素进行总结和列示,帮助投资者分析和总结相对关键和重要的影响因素,以确立最终的战略目标。

3.1.1 政治法律环境分析

政治法律环境是指一个国家或地区的政治制度、体制、方针政策、法律法规、政局的稳定性和国际政治环境等方面,是决定、制约和影响企业生存和发展的政治法律要素及其运行状态所形成的环境系统。政治法律环境对企业经营状况的影响是直接性的,很难预测其变化趋势。研究与产业相关的政治法律环境主要是了解国家的税收政策、劳动法律、环境管制、贸易限制、关税、政治稳定及相关产业政策等,分析其将会对产业产生哪些制约或机会,以便为投资者决策把握正确的方向。

目前,我国国内政局稳定,经济发展迅速,政府加大了对新兴产业的政策支持力度,通过优惠政策吸引外来资本,向产业注入活力;政府还加大了对新兴产业的投入,逐步培养一批拥有自主知识产权的龙头企业,增强自主创新能力。

从宏观政策方面来看,国家对聚乳酸产业的政策导向主要有国家自然科学基金、863计划、973计划、科技攻关计划、火炬计划、科技型中小企业创新基金、国家高技术产业化专项等计划。在竞争日益激烈的国际形势下,国家发展和改革委员会为了推动我国新材料技术和产业的发展,不失时机地从2000年起组织实

施了高技术产业化新材料专项。2007年1月国家发改委联合科学技术部、商务部和国家知识产权局发布了《当前优先发展的高技术产业化重点领域指南(2007年度)》确定了当前应优先发展的生物、新材料、能源等十大产业中的130项高技术产业化重点领域,以下是与聚乳酸产业相关的优先发展五大领域[19]:

1.生物医学材料

骨、牙及关节系统用的生物活性修复替换材料,牙用人工材料和体内植入物,组织工程血管、人工心瓣膜等心血管系统替换材料和制品,软骨、骨、肌腱、皮肤、眼角膜等结构性组织,用于微创手术的材料和结构,介入导管和器件,介入性治疗材料,血浆代用品,血液净化材料和体外循环装置,医学材料表面处理设备。

2.生物材料及产品

用生物质生产聚乳酸、聚羟基烷酸、聚氨基酸和聚有机酸等生物可降解材料,可降解高分子材料与淀粉共混的环境友好材料,新型绿色生态可降解聚乳酸纤维,生物法多元醇纤维,生物化学品,包括生物乙烯,乳酸、1,3-丙二醇、丁醇系列产品,丁二酸、琥珀酸以及各种具有特定性能的有机酸产品,各种溶剂和医药中间体等。

3.特种纤维材料

高性能、高感性、高功能和环保型纤维,低成本、高性能、特种用途的玻璃纤维及其制品,绿色玻璃钢-热塑性复合材料制品,玻璃钢输气管道、轴承、渔船、汽车覆盖件。

4.环境友好材料

生态环境材料,环境友好光学玻璃材料,环保型可降解塑料,建筑与海洋防护用工程环保涂料,电子电器产品限用物质替代材料,材料的可循环回收技术,高分子材料环境友好技术,建筑材料环境友好技术,环境友好材料的分析检测技术和方法及标准物质。

5.生物质能

秸杆、芦苇、麻类、藻类高效降解与转化技术、制剂和设备,可降解地膜等生物质新材料生产技术与设备。

以上产业化内容,为我们在聚乳酸产业上的投资指明了方向。2005年4月

出台了《固体废物防治污染法》,其中做出谁污染谁治理的规定,污染的产品要收30%的固体废物处理费,提高了普通不可降解塑料的使用成本。2008年5月起实施限塑令,限制塑料购物袋的生产、销售、使用,提高了消费者的使用成本。另外,为应对国际金融危机的影响,落实党中央、国务院关于保增长、扩内需、调结构的总体要求,国家于2008年底至2009年初先后出台了石化、纺织、轻工等十大产业调整与振兴规划,规划期为2009-2011年。这将为聚乳酸产业投资带来良好的契机。

3.1.2 经济环境分析

经济环境是指构成产业生存和发展的社会经济状况和国家经济政策。与产业发展相关的经济环境主要由经济增长、利率、汇率和通货膨胀率等要素构成。

改革开发30年来,国内社会经济的持续快速增长,人们生活水平的不断提高,聚乳酸需求将逐步扩大,为其产业的发展提供了良好的市场空间;同时,随着产业结构调整浪潮的掀起,聚乳酸产业自主创新,其使用范围将进一步扩大,聚乳酸企业产业化规模将逐步扩大,部分企业在扩大国外市场的同时,开始积极培育和拓展国内市场。

3.1.3 社会文化环境分析

社会文化环境包括一个国家或地区的社会性质、人们共享的价值观、人口状况、教育程度、风俗习惯、宗教信仰等各个方面。从影响产业发展的角度来看,可将社会文化环境分解为文化、人口环境两个方面。

随着人们科学文化素质的提高以及广大媒体的宣传,使得国民的环保与健康意识得到了极大的提高;中国拥有13亿人口,随着消费水平的提高,环保产品的市场极其巨大,这对聚乳酸产业的发展都是利好的因素。

3.1.4 技术环境分析

对于聚乳酸产业的发展来说,要解决使用成本问题,关键在于核心技术的创新与突破。聚乳酸核心技术可分为合成、改性与加工三个方面,简介如下:聚乳酸的合成的研究重点在催化剂的选择和合成工艺的改进方面。聚乳酸的合成主要有两种方法:①丙交酯开环聚合;②由乳酸直接缩聚成聚乳酸。

其中开环聚合是将乳酸单体聚合成相对分子量较低的聚乳酸,再裂解环化成丙交酯,丙交酯进行开环聚合,得到较高分子量的聚乳酸。此方法是目前工业化生产最主要的工艺路线。但这种方法路线冗长、成本高,难与传统塑料制品竞争,影响了聚乳酸及其衍生物产品的推广应用,研究发现,催化剂的用量、种类对丙交酯的产率有很大影响,合理的催化剂用量及种类是降低成本的重要因素之一[20]。

缩聚法就是把乳酸单体进行直接缩合,也称一步聚合法。其主要特点是操作简单,成本低,合成的聚乳酸可以不含有催化剂。但是直接缩聚反应条件要求高,反应时间长,副产物水难以及时排除,产物分子量低,性能差。因此需要尝试用新方法对乳酸进行聚合;提高聚合物的强度及解决提高聚乳酸分子量的问题[20]。

今后聚乳酸研究的重点是,继续改进聚乳酸合成工艺条件,生产高相对分子质量的聚乳酸,简化工艺流程,降低其生产成本;根据实际需要调节聚乳酸的吸水性及降解速率,通过分子设计合成具有不同的组成和特定结构的聚乳酸及其共聚物,开发新用途的聚乳酸材料[21]。

在聚乳酸产业技术研发创新上,我国起步较晚,但是,近年来技术创新取得的诸多成果,发展极为迅速。这可以从我国专利公开数来体现,自1987年至1999年国内申请人与聚乳酸相关的专利公开数仅为9件,自2000年公开数为6件,上升到2009年的265件,近10年来总量达到1215件。另外国外申请人也看好中国聚乳酸市场,近十年来在中国申请专利的公开数量也逐年增加,总量为231件,占总量的16%。在国外申请人中,日本的公开数量最多,为159件,占国外申请人数量的68.8%,占我国公开总数的11%。具体如图3-1所示。

图3-1 中国聚乳酸专利公开数(2000~2009年)

数据来源:中国知识产权网[22] 网址:http://https://www.360docs.net/doc/117010247.html,/ (经统计分析) 国外聚乳酸研究开发起步较早,相关研究机构与厂商纷纷申请专利。在DERWENT专利数据库(DERWENT公司将其收到的在“主要”国家首次公开的专利申请文件定义为基本专利,而将随后一年内收到在其他国家申请的专利视为同一专利族,只统计一次)中以“TS= (poly lactic acid) NOT PN=CN*”为策略,检索到国外公开专利4467件。其中日本的聚乳酸相关专利申请公开量最多,为2790件,足以说明其聚乳酸研究与开发大国地位。位居其次的美国为2431件。其它主要国家(地区)的专利公开数如图3-2所示。

图3-2 Derwent各国(地区)专利公开数统计图(1963-2009年)

数据来源:德温特专利数据库[23] Derwent Innovations Index 网址:

https://www.360docs.net/doc/117010247.html,/(经统计分析)

国内外近十年来,在聚乳酸方面的研发呈快速发展态势,其相关专利的申请量逐年上升,从2000年的147件,上升到2009年的830件,年均增长46.5%。具体如图3-3所示。

一般认为从某一领域目前的专利数可以推断出未来3~4年内该领域的市场情况。通过上述分析可以预见聚乳酸在我国将形成的一定的市场,国外相关机构在聚乳酸方面的投入力度非常大,预计聚乳酸在国外将会形成一个大产业;相比之下,国内申请量与国外的差距正在不断缩小,抢占未来国内市场的意识正在增强。由于日本是聚乳酸研究与开发大国,其相关专利申请量最多,因此日本相关公司是我国企业需重点关注的竞争对手。从相关专利公开可知,日本申请人公开的专利数量占聚乳酸相关中国专利总数的近11%,其数量远高于美国和欧盟,这在一定程度上表明了日本已开始打开中国聚乳酸市场的战略动向。

图3-3 Derwent各国(地区)专利公开数趋势图(2000~2009年)

数据来源:德温特专利数据库[23] Derwent Innovations Index 网址:

https://www.360docs.net/doc/117010247.html,/(经统计分析)

聚乳酸是以玉米、小麦、木芋等一些植物中提取的淀粉为原料制成的。我国相关机构应利用资源优势,抓住市场机遇,提高我国聚乳酸工业水平,加大聚乳酸研发投入,提高自主研发能力,以免受制于他国专利。特别是密切关注国外申请人的中国专利技术动向与专利公开动向,通过掌握相关专利信息资源,提高研

发的起点,避免低水平重复研究和侵犯他人专利权,同时积极寻找空白点,申请具有自主知识产权的专利。作为聚乳酸开发的主要国家,日本的相关技术尤其值得我国相关研究、生产机构的高度重视[24]。

3.2 市场结构分析

3.2.1 市场集中度

市场集中度是表示在具体某一产业或市场中,卖者或买者具有所拥有的相对规模结构的指标。目前,全世界只有美国Nature Works一家公司能以工业级规模生产聚乳酸,年产能可达7万吨,并将在2010年扩建至14万吨;国内最大的聚乳酸生产企业是浙江海正,年产能为5000吨;其它聚乳酸企业还处于中试或小试规模,产能不超过1000吨。许多其他聚乳酸建设项目宣布,如果它们能顺利进行,预计到2012年,聚乳酸总产能有望能够达到30万吨。如图3-4所示。

图3-4 聚乳酸厂家2008年产能及2012年预估产能数据来源:甄光明著,张杰译.生物降解塑料聚乳酸及其工业应用[25](经整理分析)

以上厂家所生产聚乳酸主要用于包装和纤维,其中包装材料约占2/3。对于聚乳酸医用材料生产厂家如1962年开始生产可吸收缝合线的美国Cyanamid公司(2000年起成为BASF旗下子公司),1986年开始生产可吸收骨钉的芬兰Bionx Implants (2003年由美国ConMed收购成为子公司),以及日本Takiron (他喜龙)

公司和国内的迪康中科公司等,其聚乳酸产能都在100吨以内。

由此可见,目前全球的聚乳酸市场处于垄断竞争状态,随着技术的进步,成本及价格的降低,市场需求将会大幅增长。因此,投资者进入这一领域,能够找到更多的投资机会。

3.2.2 进入壁垒

贝恩对进入壁垒的定义是指在一个产业中在位企业拥有的相对于进入企业的优势,从而使在位企业可以持续地把价格提高到最小平均生产和销售成本以上,而又没有引起新企业进入这个产业[26]。

进入壁垒是在位企业排斥竞争、获取长期经济利润的决定性因素。进入壁垒按其成因的不同可分为结构性进入壁垒和策略性进入壁垒或进入阻挠。结构性进入壁垒主要包括:规模经济、必要资本量、在位者的绝对成本优势、网络效应、产品差异和政策性因素。策略性进入壁垒是在位企业通过自身的策略性投资来影响潜在进入者对利润的预期从而阻止进入的行为。策略性投资必须有承诺价值,而沉没成本在进入阻挠的分析中具有关键性作用。在位者的进入阻挠策略主要包括:过度生产能力投资、干中学(Learning by doing,也称学习效应)、提高对手的成本和影响未来需求结构等[27]。

进入壁垒对行业投资有重要影响。由于各个产业之间的差异,相应地进入壁垒也不相同,存在着高低。进入壁垒的相对高低表明进入一个行业的可能性大小,从而影响了行业内的竞争激烈程度不同和利润率的高低,因此必然影响民营资本投资方向的选择。一般进入壁垒偏高的部门多为采掘、原材料工业、基础设施和某些技术要求较高的制造业,如石油、天然气开采业、化学纤维工业等;还有政府管制的自然垄断产业如电力、电信、民航业以及关系国计民生和国民经济稳定的一些特殊行业如金融业、国防产业等等,这些产业均不适宜民营资本的进入。适宜民营资本进入的产业多是进入壁垒偏低的产业,一类是技术简单、规模经济较低的部门,如塑料制品、饲料、金属制品、食品、饮料等;另一类就是政府鼓

励发展的技术壁垒相对较高而其他壁垒低的高新技术民用产业[28]。对于高新技术新材料的聚乳酸产业内部细分领域,制度性壁垒、行为性因素的进入壁垒和结构性壁垒差别不大,这里不做研究,主要是对技术壁垒、必要资本量壁垒进行研究分析。

聚乳酸树脂是属于高技术含量、高资金投入、高附加值的高科技产品,它是聚乳酸产业投资机会建立在高科技含量的基础上发展起来,其技术进入壁垒肯定较高,一般的研究人员难以掌握先进的生产技术,且需要研究人员要有自主创新意识和创新能力。根据化工新材料的产业规模特点,投入的厂房设备规模大,新企业进入市场所投放的资本很大,即必要资本量壁垒高,筹资困难。所以,资本密集、技术密集是聚乳酸产品的两大壁垒。特别是医用材料技术的难度大,进入壁垒很高。绝大部分都是由政府以研究经费的方式投入的,与一些有实力的医药企业进行产业化开发。

相比之下,对聚乳酸合成材料进行低成本和专用性改性,如将聚乳酸与改性淀粉、活性碳酸钙及蒙脱土等共混挤出得复合材料,最后经注塑或吹塑成型,得到全降解的包装材料。由聚乳酸生产出来的各类复合材料可以广泛的应用于各种食品包装以及服装纤维市场。其技术壁垒较低,必要资本量可根据其细分市场需求进行定位,投资机会较多。

3.2.3 产品差异

所谓产品差异,就是指同一产业内不同企业生产的同类商品,由于在质量、款式、性能、销售服务、信息提供和消费者偏好等方面存在差异,从而导致产品之间替代不完全的状况。产品差异可以分为水平差异(也称为空间差异)、垂直差异、服务差异、信息差异和策略性差异。

产品差异使得厂商即使将价格定在边际成本之上,也不会失去其所有顾客。因为产品差异可以填补市场需求的空白,满足消费者的多样化需求,从竞争战略角度还可以应对竞争对手分割市场份额,起到遏制进入或缓和竞争强度的作用。根据不同产业的产品差异程度,贝恩将其分为高度产品差异产业、中度产品差异产业、轻度产品差异产业和产品差异可以忽略的产业四类。日本学者植草益进一步把产业分为中间品、投资品、耐用消费品和非耐用消费品四类产业。

霍兰德在《中小企业的未来》中强调了中小企业发展的缝隙理论,指出弥补

大规模生产和大量流通之间的缝隙,给中小企业的发展创造了机会。民营资本可充分发挥“产品差异化”形成的专业技术和经营管理能力,寻找市场的缝隙,从而赢得自己的发展空间。

聚乳酸树脂目前可供商品化的品种不多,主要用于塑料、纤维、涂料及油墨等,产品的品种差异不大,其产品差异主要是技术差异与功能差异。企业生产的品种牌号一般不超过10个,品牌量较少。因此开发具有特定用途的复合材料,发挥聚乳酸自身优势(如可降解性等),并弥补其不足(如耐热性等),从而开辟广阔的市场空间。

3.2.4 产品技术水平

产品的技术水平是一项综合指针,对技术水平的评价可以通过技术的创新程度、模仿程度、可替代性等多个方面进行。聚乳酸是一种新材料,其产品具备很高的创新度,并且创新度越高,表示该产品技术越先进,进入市场后,能很快占领市场,迅速带来投资收益;技术的模仿难度是指产品技术的复杂性和模仿的难易程度;技术的可替代性是指技术处于替代其它产品还是被其它产品所替代的状态[29]。

目前全球研发的生物降解塑料品种已达几十种,但进入批量生产或工业化生产的品种主要包括聚乳酸、聚羟基脂肪酸酯、二氧化碳环氧化合物共聚物、聚己内酯、改性聚乙烯醇、脂肪族聚酯、脂肪/芳香共聚酯及淀粉/PV A、淀粉/PCL等淀粉基生物降解塑料。陈庆,杨欣宇等综合分析了各自性能与价格并进行了对比,由于原料、合成方法的不同,除了均具有良好的生物降解性外,在加工性能、应用性能和价格上存在一定差异。从综合性能比较,除PHB和PLA外,大多与LDPE物性类似,适宜制造软质制品,而PHB和PLA的刚性、弹性率虽较高,但其伸长率很低;另外PHB熔点180℃与热分解温度

表3-1 国外主要生物降解塑料品种性能和价格综合比较

注1:PLA-聚乳酸,PPC-脂肪-芳香共聚酯,PVA(PCL)/SM-聚乙烯醇(聚己内酯)/淀粉合金,PHB-聚羟基脂肪酸酯, PSM淀粉基塑料,PBS-聚丁二酸丁二醇酯,PCL-聚己内酯。

注2:表中所有“高出普通塑料价格”均为2007年上半年价格,当时国际油价在65美元左右。

资料来源:陈庆,杨欣宇等,国外生物降解塑料著名公司的产品性价比分析[30] (200℃)相近,造成加工较困难。总体上讲,以石油基为原料的合成降解塑料加工性能和力学性能优于以可再生资源为原料的生物降解塑料,但价格也更高。综合性能和价格因素考虑,以可再生资源的生物降解塑料,如聚乳酸、

淀粉基塑料、淀粉合金等生物降解塑料将更具有发展潜力[30]。而在这三种生物降解塑料中聚乳酸的综合性能最好,应用范围最广。如表3-1所示。

聚乳酸占据业界首要地位的主要原因可能是其具有竞争力的制造成本和市场定价,许多其他生物降解塑料诸如Ecoflex、PHBV和PBS销售价格大概在4~5欧元/kg,而聚乳酸的2008年市售价格大概在1.8~2.5美元/kg,其价格在原油价格超过80美元/桶时已近于传统塑料的价格,使得厂家可以用聚乳酸来生产

能与PET及PS材料竞争的产品,甚至可以和一些PE或PP产品来竞争[25]。

作为较硬的热塑性塑料,聚乳酸(PLA)和PET及PS比较相似,和PE及PP 差异较大。它有很多独有的有利特性,比如良好的透明性、良好的表面光洁度、高硬度和较好的印刷显示效果。但是,聚乳酸也有很多特性限制了其在纺纤、注塑、泡沫塑料、衬垫包装以及食品包装领域的应用,在高附加值应用领域的使用也受其机械性能、热变形温度、气体穿透性、耐久性等性能的限制。

目前,聚乳酸在医疗行业以外的应用主要集中在低附加值的包装市场,现在还很难进入高附加值市场与传统工程塑料竞争(如PET、PS、ABS、PC等),如果其应用可以扩展到工程塑料应用领域,价格可提升为低附加值包装行业的2倍左右,这将加速带动年轻的聚乳酸工业成长。

不同的应用有时需要许多高挑战性或甚至相互矛盾的材料特性,不可能用一种塑料来同时满足这些特性。例如,聚乳酸材料的高气体穿透性很适合包装面包(让水汽从热面包中散出)或者蔬菜(让蔬菜可以透过包装袋呼吸),但是高气体穿透性特性在瓶装领域的应用就很糟糕。不同应用条件对材料的要求见图3-5,此图也为聚乳酸的不同应用提供了所需改性的方向。但是,不是所有的改性都是去改善聚乳酸的性能和价值,大量应用对成本非常的敏感,因此改性的方向可以是降低成本,即使会影响到聚乳酸的性能。举例来说,农用覆膜在农作物收割以后将被抛弃或者作堆肥,所以这个产品应该尽可能的便宜才有市场。为了扩大聚乳酸的应用范围,不同的改性工艺已经过广泛的研究,但是还需要更多的工作投入。主要的改性工艺分类总结如下:1.与其他塑料共混 2.聚乳酸结晶化3.和非塑料共混4.改良加工工艺[25]。

图3-5 聚乳酸的改性发展路线图

资料来源:甄光明,张杰.生物降解塑料聚乳酸及其工业应用[25]

随着社会经济的发展、全球化趋势的加快,对聚乳酸发展的要求也越来越高,聚乳酸产业的发展呈现出以下特点:

1.聚乳酸研、产、用一体化

聚乳酸从实验室的研究开发,工程化中的试验验证到最终投入市场实现规模产业,这样形成了研发、生产与实际应用一体化的趋势。针对具体应用目的的开发聚乳酸材料可以加快研制速度,提高材料的使用性能,便于其迅速走向实际应用,减少性能浪费,节约资源,聚乳酸材料的开发与实际应用联系更加紧密。

2. 聚乳酸与其它可生物降解材料进一步融合

随着低成本化的要求,聚乳酸与低成本淀粉等可降解材料的混合改性产业化发展速度较快,为聚乳酸的大规模应用奠定了基础。

根据功能化要求,聚乳酸与羟基磷灰石等共混改性可提高材料的强度,与壳聚糖等共聚改性可调节缓释药物释放速率。

3.聚乳酸发展和生态环境及资源的协调性倍受重视

面对资源、环境和人口的巨大压力,各国都在不断加大生态环境材料及其相关领域的研究开发力度,并从政策、资金等方面都给予更大支持。在中国将重点发展“非粮”作物(如玉米芯、木薯等)作为聚乳酸原料来源,力争生态环境材

料的优异性能并节省资源、减少污染和再生利用,实现资源、材料的有机统一和优化配置。

4.聚乳酸产品标准化出现全球化趋势

不同国家的材料及其产品数据标准不一致将会引起混乱、低效并增加成本,不利于市场全球化。因此对生物降解材料制定相同的标准及标识,统一口径是至关重要的。

3.3 市场前景

从市场需求量及使用量上看,聚乳酸是生物降解塑料的主要力量,约占70%的市场分额,且需求量在逐年大幅上升。其产品前景被市场一致看好。从整体上看,我国可降解塑料产业现状更是复杂多样,存在着多方面的机遇与挑战。

我国生物材料产业取得长足发展。医疗器械的总产值已从2004年的55.12亿美元上升到2006年的70.23亿美元,增长率高达28%,所占世界市场份额已增长至3.43%;进口额从2002年的19.08亿美元增长至2006年的36.81美元,增长了92.92%;同期出口额从24.58亿美元增长至68.71亿美元,增长了179.54%,2006年实现顺差31.90亿元美元。一些高技术中端产品,如人工髋关节、血管支架等也开始对外出口。受巨大的临床需求拉动,加之生物医学材料科学与工程的迅速发展为其奠定了基础,一个高科技生物医学材料及其终端产品(介入、骨科产品,外科器械,注射器和导管等一次性耗材等)的产业已经形成[31]。

全球生物塑料应用市场潜力巨大,在美国召开的塑料工程师学会年会指出,全球生物塑料生产将从2007年的26.24万吨提高到2011年的99.88万吨,显示出可再生资源生产聚合物的技术进步,推动了全球生物塑料生产持续升温。但是,截至目前,全球消费的生物塑料仍仅占全部2.31亿吨塑料的0.7%,应用市场空间与潜力较大。据分析预测,到2011年全球汽车和电子领域应用的生物塑料的比例将从现在的12%上升至近40%[31]。

据有关部门统计,我国包装用塑料发展迅速,产量从1980年的19万t迅速增至2003年的465万t,预计2010年将超过700万t,2015年将超过900万t,约占全国包装总产量的13%以上。若其中50%采用可降解塑料代替的话,则可降解塑料的需求量在2010年就可达到350万t,因此降解塑料在我国具有很大的市场潜力[32]。

目前中国耕地面积约18亿亩,其中地膜覆盖面积超过2亿亩,年用量约为44万吨。目前使用的聚乙烯地膜在田间残留几十年不降解,连年使用导致碎膜逐年累积于土壤耕层,造成土壤板结、通透性变差、根系生长受阻,后茬作物减产[33]。因此迫切需要生物降解地膜,但是低成本是必要条件。

据悉,日本政府近期已确定目标,到2020年将使日本消费的所有塑料的20%来自可再生资源;德国已禁止将含有大于5%有机物含量的固体废弃物掩埋地下,这将对德国2012年生物塑料的推行产生很大影响;按照2002年实施的农场安全和农业投资法,美国要求每一个联邦机构都必须制定使用生物基塑料的计划。这些都将大大促进聚乳酸产业的发展,为产业投资带来诸多机会。

3.4 本章小结

本章分析了聚乳酸产业的外部环境和组织结构。通过对产业外部环境的PEST分析,可以得出聚乳酸产业正处于良好的外在环境中,有国家产业政策的积极支持,产业处在快速成长期,整个产业的投资机会很大。在产业组织理论中的市场结构分析上,从市场集中度、进入壁垒、产品差异、产品技术水平和市场前景五个因素入手,结论为:聚乳酸医用材料及其制品相对于其他新材料领域产品更具有发展空间,具有较大的投资价值;聚乳酸纺织材料是绿色环保社会的发展趋势,对于己经研发成功的技术,投资者可以加以考虑进入;聚乳酸包装材料需走市场细分中的高端路线,到达一定规模后向中低端市场发展;聚乳酸农用材料及工程塑料处于研发与战略储备期。聚乳酸与其它材料的复合改性具有较好的发展前景。

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更多内容见:《聚乳酸产业投资机会研究》

联系人:王甫忠

Email:wfzh2008@https://www.360docs.net/doc/117010247.html,

生物降解高分子材料——聚乳酸

生物降解高分子材料——聚乳酸 摘要:生物降解材料聚乳酸的性质及其制备方法的研究进程,其中主要介绍了通过开环聚合反映制取聚乳酸的方法以及聚乳酸易降解的特性,此外还讲了我国在聚乳酸方面的研究,最后介绍了聚乳酸在医药等方面的重大应用以及聚乳酸的发展前景。 关键词:环境材料生物降解聚乳酸前景 正文: 人类经济和社会的发展常常以扩大开发自然资源和无偿利用环境作为发展模式,这一方改造了空前巨大的物质财富和前所未有的社会文明,另一方面也造成了全球性自然环境的破坏。资源与能源是制造材料和推动材料发展的两大支柱。同时,材料的生产和使用过程也会带来众多的环境问题。因而,传统材料的生态化和开发新型生态材料以缓解日益恶化的环境问题,即材料与环境如何协调发展的问题日益受到人们重视,出现了“环境材料(ecomaterial)”的概念和环境材料学这一新兴的交叉学科,要求材料在满足使用性能要求的同时具有良好的全寿命过程的环境协调性,赋予材料及材料产业以环境协调功能。环境材料是未来新材料的重要方面之一。开发既有良好的使用性能,又具有较高的资源利用率,且对生态一步发展,能够更有效地利用有限的资源和能源,尽可能地减少环境负荷,实现材料产业和人类社会的可持续发展。 随着人类驾驭自然的本领按几何级数增长,向自然环境摄取的物质和抛弃的废弃物就越多。人类对自然环境的影响和干预越大,自然

环境对人类的反作用就越大[1]。当自然环境达到无法承受的程度时,在漫漫岁月里建立起来的生态平衡,就会遭到严重的破坏。材料的性能在很大程度上决定于环境的影响,环境包括“社会环境”和自然环境。其中人所组成的社会因素的总体称为社会环境。自然因素的总体称为自然环境,目前认为是以大气、水、土壤、地形、地质、矿产等一次要素为基础,以植物、动物、微生物等作为二次要素的系统的总体。为了得到更好的环境,开始从不同的环境材料开始研究.。 一、聚乳酸的合成与制备方法 乳酸的直接缩合是作为早期制备PLA的简单方法,但一般只能得到低聚物(数均分子量小于5000,分子量分布约2.0),而且聚合温度高于180℃时,通常导致产物带色。到目前为止,PLA主要是通过LA 的开环聚合制得。依据引发剂的不同,LA的开环聚合可分为正离子聚合、负离子聚合和配位聚合。目前,聚乳酸以乳酸或其衍生物乳酸酯为原料(最常见的是采用左旋乳酸为原料),通过化学合成得到聚合物。高力学性能的聚乳酸是指旋光纯度高的聚L酸(PIJA),单体为£一乳酸。合成工艺大致可以分为间接合成法和直接合成法。直接合成法,也被称作一步聚合法,是利用乳酸直接脱水缩合反应合成聚乳酸。直接法优点操作简单,成本低。缺点乳酸纯度要求高,反应时间长,反应温度控制要求严格[2]。 LA正离子开环聚合是烷氧键断开,每次增长是在手性碳上,因此外消旋成了不可避免的,而且随聚合温度的升高而增加。另外的不足之处在于:能引发LA正离子聚合的引发剂不多,而且难以得到高

石墨烯聚乳酸复合材料

Preparation of Polylactide/Graphene Composites From Liquid-Phase Exfoliated Graphite Sheets Xianye Li,1Yinghong Xiao,2Anne Bergeret,3Marc Longerey,3Jianfei Che1 1Key Laboratory of Soft Chemistry and Functional Materials,Nanjing University of Science and Technology, Nanjing210094,China 2Jiangsu Collaborative Innovation Center of Biomedical Functional Materials,Jiangsu Key Laboratory of Biomedical Materials,College of Chemistry and Materials Science,Nanjing Normal University, Nanjing210046,China 3Materials Center,Ales School of Mines,30319Ales Cedex,France Polylactide(PLA)/graphene nanocomposites were pre-pared by a facile and low-cost method of solution-blending of PLA with liquid-phase exfoliated graphene using chloroform as a mutual solvent.Transmission electron microscopy(TEM)was used to observe the structure and morphology of the exfoliated graphene. The dispersion of graphene in PLA matrix was exam-ined by scanning electron microscope,X-ray diffrac-tion,and TEM.FTIR spectrum and the relatively low I D/I G ratio in Raman spectroscopy indicate that the structure of graphene sheets(GSs)is intact and can act as good reinforcement fillers in PLA matrix.Ther-mogravimetric analysis and dynamic mechanical analy-sis reveal that the addition of GSs greatly improves the thermal stability of PLA/GSs nanocomposites.More-over,tensile strength of PLA/GSs nanocomposites is much higher than that of PLA homopolymer,increasing from36.64(pure PLA)up to51.14MPa(PLA/GSs-1.0). https://www.360docs.net/doc/117010247.html,POS.,35:396–403,2014.V C2013Society of Plastics Engineers INTRODUCTION Polylactide(PLA),a renewable,sustainable,biode-gradable,and eco-friendly thermoplastic polyester,has balanced properties of mechanical strength[1],thermal plasticity[2],and compostibility for short-term commod-ity applications[3,4].It is currently considered as a promising polymer for various end-use applications for disposable and degradable plastic products[5–8].Never-theless,improvement in thermal and mechanical proper-ties of PLA is still needed to pursue commercial success. To achieve high performance of PLA,many studies on PLA-based nanocomposites have been performed by incorporating nanoparticles,such as clays[9,10],carbon nanotubes[11–13],and hydroxyapatite[14].However, research on PLA-based nanocomposites containing gra-phene sheets(GSs)or graphite nanoplatelets has just started[15–17].GSs exhibit unique structural features and physical properties.It has been known that GSs have excellent mechanical strength(Young’s modulus of1,060 GPa)[18],electrical conductivity of104S/cm[19],high specific surface area of2,630m2/g[20],and thermal sta-bility[21].Polymer nanocomposites based on graphene show substantial property enhancement at much lower fil-ler loadings than polymer composites with conventional micron-scale fillers,such as glass[22]or carbon fibers [23],which ultimately results in lower filler ratio and simple processing.Moreover,the multifunctional property enhancement of nanocomposites may create new applica-tions of polymers. However,the incorporation of graphene into PLA matrix is restricted by cost and yield.Although the weak interactions that hold GSs together in graphite allow them to slide readily over each other,the numerous weak bonds make it difficult to separate GSs homogeneously in sol-vents and polymer matrices[24].Many methods have been reported for exfoliation of graphite,such as interca-lation with alkali metals[25]or oxidation in strong acidic conditions[26–29].Recently,exfoliation of graphite in liquid-phase was found to be able to give oxide-free GSs with high quality and yield at relatively low cost[30–35]. Correspondence to:Y.H.Xiao;e-mail:yhxiao@https://www.360docs.net/doc/117010247.html, or J.F.Che; e-mail:xiaoche@https://www.360docs.net/doc/117010247.html, Contract grant sponsor:Specialized Research Fund for the Doctoral Program of Higher Education of China;contract grant number: 20123219110010;contract grant sponsor:Natural Science Foundation of Jiangsu Province of China;contract grant number:BK2012845;contract grant sponsors:Priority Academic Program Development of Jiangsu Higher Education Institutions(PAPD),contract grant sponsor:Financial support for short visit from Ales School of Mines,France. DOI10.1002/pc.22673 Published online in Wiley Online Library(https://www.360docs.net/doc/117010247.html,). V C2013Society of Plastics Engineers POLYMER COMPOSITES—2014

聚乳酸纳米复合材料的制备及性能

聚乳酸纳米复合材料的制备及性能 本文讨论了聚乳酸(PLA)的改性方法一复合改性。主要论述了三种复合类型:聚乳酸/刚性纳米粒子复合材料、聚乳酸/层状硅酸盐纳米复合材料、聚乳酸/碳纳米管复合材料。 标签:聚乳酸;复合材料;生物降解 聚乳酸(PLA)是生物降解塑料中最优异的产品之一,它生物相容性好,无毒无刺激。但其固有缺陷如脆性大、耐热性差、成本高等限制了它的广泛应用。因此聚乳酸改性成为研究焦点。纳米复合改性因操作简单,效果立竿见影而成为聚乳酸改性领域的主要研究方向。 1 聚乳酸纳米复合材料 目前制备的聚乳酸纳米复合材料主要有3类:聚乳酸/刚性纳米粒子复合材料、聚乳酸/层状硅酸盐纳米复合材料、聚乳酸/碳纳米管复合材料。 1.1 聚乳酸/刚性纳米粒子复合材料 用来增强聚乳酸的刚性纳米粒子主要包括SiO2、CaCO3、TiO2等。Li等研究了纳米SiO2对PLA复合材料性能的影响。结果表明改性后PLA复合材料具有高的储能模量和降解速率。周凯等通过熔融共混制备了PLA/CaCO3复合材料,发现CaCO3使PLA的断裂从脆性转变为韧性,复合材料的耐热性和结晶性都得到提高。莊韦等通过原位聚合法制备PLA/TiO2纳米复合材料,结果表明复合材料的玻璃化转变温度和热分解温度提高;拉伸强度、弹性模量、断裂伸长率增大。环氧基笼型倍半硅氧烷(POSS)也可以改性聚乳酸。于静等制备了PLA/POSS 复合材料,发现POSS可以提高PLA的结晶速率、力学性能和降解速率。 1.2 聚乳酸/层状硅酸盐纳米复合材料 层状硅酸盐具有片层结构,片层之间可以容纳聚合物分子。 沈斌等制备了PLA/MMT纳米复合材料,结果表明复合材料力学性能得到改善,结晶度提高。马鹏程等用有机改性蒙脱土(OMMT)制备PLA复合材料,结果表明形成插层还是剥离结构取决于OMMT含量。3%OMMT可以提高PLA 的力学性能和热性能;OMMT增加了PLA熔体强度,在挤出发泡时充当成核剂,降低发泡剂气体向熔体外部的扩散。滑石粉(Talc)也是常见的片层填料。吴越等制备PLA/Talc复合材料,结果表明Talc粒子提高了复合材料的拉伸强度、冲击强度,热稳定性。 1.3 聚乳酸/碳纳米管复合材料

生物医用高分子材料——聚乳酸

生物医用高分子材料——聚乳酸 姓

生物医用高分子材料——聚乳酸 摘要:聚乳酸由于其突出特点如可降解、生物相容性好且对人无毒等而备受重视,并且在生物医学领域的应用中得到了良好的效果。本文对聚乳酸的发展史、现状、性能、优缺点及其等做了简介,并对其未来应用前景做了展望。 关键词:聚乳酸;性能;展望 聚乳酸在医学领域中的发展史 聚乳酸(PLA)是一种具有优良生物相容性和可生物降解的合成高分子材料,它是美国食品和药物管理局(FDA)认可的一类生物医用材料。20世纪50年代,由丙交酯(LA)开环聚合制得了高分子量的聚乳酸,但由于这类脂肪族聚酯对热和水比较敏感,长时间未引起人们的足够重视。直到20世纪60年代,科学工作者重新研究PLA对水敏感这一特性时,发现聚乳酸适合作为可降解手术缝合线材料。1966年,Kulkarni等提出:低分子量的PLA能够在体内降解,最终的代谢产物是CO2和H2O,中间产物乳酸也是体内正常代谢的产物,不会在体内积累,因此PLA在生物体内降解后不会对生物体产生不良影响。随后报道了高分子量的PLA 也能在人体内降解,由此引发了以这类材料作为生物医用材料的开端。 聚乳酸性能、优缺点 PLA的制备以乳酸为原料进行,较为成熟的方法有两种:一种是乳酸直接缩聚法,另一种是先由乳酸合成丙交酯,再在催化剂的作用下开环聚合。 PLA无毒、无刺激性、具有良好的生物相容性,可生物分解吸收,强度高、不污染环境,可塑性好,易于加工成型。如:在体内,PLA分解成乳酸,再经 酶的代谢生成CO 2和H 2 O,由人体排出,没有发现严重的急性组织反应和毒性反 应。但PLA仍会导致一些温和的无菌性炎症反应。如颧骨固定术后3年产生了无痛的局部肿块,皮下组织出现了缓慢降解的结晶PLLA颗粒引发的噬菌作用,产生组织反应的真正原因没有定论。Sugonuma认为PLA降解所产生的碎片是导致迟发性无菌炎症反应的根本原因。植入部位也决定组织反应类型和强度,皮下植入时炎症发生率较高,在吞噬细胞较少的髓内固定组织反应发生率较低。

聚合物纳米复合材料

聚合物纳米复合材料的研究进展 摘要 关键字 Abstract 1.引言 纳米材料是指材料的显微组织中至少有一相的一维尺寸在1-100nm以内的材料。由于平均粒径小,表面原子多,比表面积大,表面能高,因而呈现出独特的小尺寸效应、表面效应、量子隧道等特性,具有许多材料所没有的性能。介于其超凡特性,纳米材料越来越得到广泛的关注。不少学者认为纳米材料将是21世纪最有前途的材料之一,尤其是聚合物纳米材料。本文就聚合物纳米复合材料的分类、制备、改性、应用及问题和未来展望展开叙述。 2.聚合物纳米复合材料定义与分类 2.1定义 聚合物纳米复合材料是由各种纳米单元与有机高分子材料以各种方式复合成型的一种新型复合材料,纳米单元可以是金属、无机物和高分子等。 2.2分类 根据组分不同,可分为: a)聚合物/聚合物纳米复合材料:由两种或两种以上的聚合物混在一起而其中有一纳米尺寸的聚合物分散于其它聚合物单体所构成的 复合材料。如第三代环氧树脂粘接剂,它是将预聚合的球状交联 橡胶粒子分散于环氧树脂中固化而成的。 b)聚合物/层状纳米无机物复合材料:是将层状的无机物以纳米尺度分散于聚合物中而形成的。通常采用插层法制备。目前用的最多 的是蒙脱土,蒙脱土是以片状晶体而构成的。 c)聚合物/无机纳米复合粒子复合材料:是将纳米级无机粒子填充到聚合物当中去的。由于小尺寸效应使材料具有光、电、声、磁等 功能,赋予材料良好的综合性能。 3.聚合物纳米复合材料制备 3.1插层复合法 插层复合法是目前制备聚合物纳米复合材料的主要方法。根据复合过程,插层复合法可分为两类,1)插层聚合法:原理是将聚合物单体分散,插层进入层状硅酸盐片层中,然后再原位聚合,利用聚合时放出的大量的热量克服硅酸盐片层间的库仑力,使其剥离,从而使硅酸盐片层与聚合物基体以纳米尺度相复合;2)熔体插层法:原理是将插层无机物与高聚物插入层状无机的层间,该方法优

聚乳酸的研究进展

聚乳酸的研究进展 摘要:聚乳酸(Poly(lactic acid),PLA)是一种由可再生植物资源如谷物或植物秸秆发酵得到的乳酸经过化学合成制备的生物降解高分子。聚乳酸无毒、无刺激性,具有优良的可生物降解性、生物相容性和力学性能,并可采用传统方法成型加工,因此,聚乳酸替代现有的一些通用石油基塑料己成为必然趋势。由于聚乳酸自身强度、脆性、阻透性、耐热性等方面的缺陷限制了其应用范围,因而,增强改性聚乳酸己成为目前聚乳酸研究的热点和重点之一。本文综述了聚乳酸的研究进展,以改性为中心。 关键词:聚乳酸改性合成方法生物降解 引言 天然高分子材料更具有完全生物降解性,但是它的热学、力学性能差,不能满足工程材料的性能要求,因此目前的研究方向是通过天然高分子改性,得到有使用价值的天然高分子降解塑料。1780年,瑞典化学家Carl Wilheim Scheele 首先发现乳酸(Lactic acid ,LA)之后,对LA进一步研究发现,在大自然中其可作为糖类代谢的产物存在。乳酸即2—羟基丙酸,是具有不对称碳原子的最小分子之一,其存在L-乳酸(LLA)和D—乳酸(DLA)两种立体异构体。LA的生产主要以发酵法为主,一般采用玉米、小麦等淀粉或牛乳为原料,由微生物将其转化为LLA,由于人体只具有分解LLA的酶,故LLA比DLA或DLLA在生物可降解材料的应用上有独到之处。 上世纪50年代就开始了PLA的合成及应用研究上世纪70年代通过开环聚合合成了高分子量的聚乳酸并用于药物制剂及外科手术的研究上世纪80到90年代组织工程学的兴起更加推动了对PLA及其共聚物材料的研究。目前国内外对的研究主要集中在两个方面(1)合成不同结构的聚合物材料主要是采用共聚、共混等手段合成不同结构的材料;(2)催化体系的研究。 1 PLA的结构和性能

石墨烯_聚乳酸复合材料的制备与性能研究_谢元仲

石墨烯/聚乳酸复合材料的制备与性能研究 谢元仲,徐淑艳,张维丽,孟令馨 (东北林业大学,哈尔滨150040) 摘要:目的制备具有优异阻隔性能及热稳定性的聚乳酸薄膜材料。方法方法在聚乳酸中添加石墨烯对其进行改性。首先采用改进的Hummers 法将鳞片状石墨制备成氧化石墨烯,继而采用热剥离法将氧化石墨烯还原剥离为石墨烯,然后以聚乳酸为基材,还原后的石墨烯为增强相,采用流延法制备石墨烯/聚乳酸复合薄膜,并测试了其结构、热稳定性以及阻隔性能。结果结果红外分析表明,石墨被强氧化剂氧化后形成了以C —OH ,—COOH ,C —O —C 和C =O 等官能团形式存在的石墨层间化合物,还原后获得的石墨烯剥离充分;石墨烯/聚乳酸复合薄膜的热稳定性能和阻隔性能随石墨烯含量的增加而逐渐增强。结论结论在试验参数范围内,石墨烯/聚乳酸复合薄膜的热稳定性和阻隔性能优于聚乳酸薄膜。关键词:石墨烯;聚乳酸;阻隔性能;热稳定性中图分类号:TB484.9 文献标识码:A 文章编号:1001-3563(2016)09-0007-05 Preparation and Properties of Graphene and Polylactic Acid Composites XIE Yuan-zhong ,XU Shu-yan ,ZHANG Wei-li ,MENG Ling-xin (Northeast Forestry University ,Harbin 150040,China ) ABSTRACT :This work was aimed to obtain polylactic acid films with good barrier properties and thermal stability.Graphene was added into polylactic acid to modify it.Graphene oxide was prepared using the flaky graphite by the improved Hummers method.Graphene oxide was reduced to graphene by thermal stripping method.Grapheme/polylactic acid films were prepared with tape casting method,using polylactic acid as the substrate and graphene as the reinforcement.The structure,thermal stability and barrier properties of films were tested.Infra-red spectrogram showed that graphite intercalation compound with COOH,C =O,C —O —C and C —OH functional groups was formed when graphite was oxidized by the strong oxidizer,and graphene stripped sufficiently by reduction.The thermal stability performance and barrier properties of graphene and lactic acid composite films increased with the increasing graphene content.Within the scope of the test parameters,the thermal stability and barrier performance of the graphene/PLA composite films were better than those of polylactic acid film. KEY WORDS :graphene ;polylactic acid ;barrier properties ;thermal stability 收稿日期:2015-11-13 基金项目:中央高校基本科研业务费专项资金(2572015DY06) 作者简介:谢元仲(1989—),男,山东济宁人,东北林业大学硕士生,主攻包装材料阻隔性能。通讯作者:徐淑艳(1976—),女,辽宁朝阳人,博士,东北林业大学副教授,主要研究方向为包装材料。 包装的主要目的是保护内容物免受外界环境(如氧气、水蒸气、油脂等)的侵害,延长物品保质期,这就要求包装材料具有一定阻隔性能,尤其对氧气和水蒸气的阻隔性[1]。另外,高阻隔包装膜还应具有良好的透光性,内容物可见,能很好地展示商品。聚乳酸是 一种可完全生物降解的绿色包装材料,具有良好的力学性能、生物相容性、透光性,广泛应用于各种包装领域[2—5],但是,纯的聚乳酸膜阻隔性能较差,水蒸气和氧气很容易透过薄膜,且热稳定性差,易分解[6—8]。这些缺点使得聚乳酸无法满足作为高阻隔性包装材料的 包装工程 PACKAGING ENGINEERING 第37卷第9期2016年5月 7

新型绿色生物可降解高分子材料——聚乳酸

新型绿色生物可降解高分子材料——聚乳酸 作者:杨秀英, 封禄田, 王晓波, 张德庆, 高志博, YANG Xiu-ying, FENG Lu-tian, WANG Xiao-bo, ZHANG De-qing, GAO Zhi-bo 作者单位:杨秀英,张德庆,YANG Xiu-ying,ZHANG De-qing(齐齐哈尔大学,化学与化学工程学院,黑龙江,齐齐哈尔,161006), 封禄田,王晓波,高志博,FENG Lu-tian,WANG Xiao-bo,GAO Zhi-bo(沈 阳化工学院,应用化学学院,辽宁,沈阳,110142) 刊名: 高师理科学刊 英文刊名:JOURNAL OF SCIENCE OF TEACHERS' COLLEGE AND UNIVERSITY 年,卷(期):2009,29(2) 被引用次数:5次 参考文献(14条) 1.Hideto Tsuji;Kimika Sumida PolylactideⅤEffects of storage in swelling solvent physical properties and structure of poly-lactide 2001(79) 2.史铁钧;董智贤聚乳酸的性能、合成方法及应用[期刊论文]-化工新型材料 2000(05) 3.杨帆;陈一岳;林茵聚乳酸的降解性能及其微球剂的研究[期刊论文]-实验研究 2002(05) 4.马强;杨青芳;姚军燕聚乳酸的合成研究[期刊论文]-高分子材料科学与工程 2004(03) 5.汪朝阳;赵耀明熔融-固相缩聚法中固相聚合对聚乳酸合成的影响[期刊论文]-材料科学与工程 2002(03) 6.S Keki I;Bodnar J;Borda Fast Microwave-Mediated BulkPolycondensation of D,L-Lactic Acid.Macromolecular Rapid Communication 2001(22) 7.Stevels W M Block copolymers of poly (lactide)and poly (caprolactone)or poly (ethylene glycol)prepared by reactive ext rusion 1996(08) 8.周晓军聚乳酸的合成研究[学位论文] 2007 9.李永振;贺继东;李阳聚乳酸的化学合成与应用[期刊论文]-化学推进剂与高分子材料 2007(05) 10.魏军聚L-乳酸的合成研究 2005 11.王俊凤;张军;张学龙聚乳酸合成的研究进展[期刊论文]-化工时刊 2007(06) 12.米小娟;刘东方聚乳酸的合成方法[期刊论文]-科技动态 2006(10) 13.郝国庆可降解高分子材料聚乳酸综述[期刊论文]-太原科技 2006(10) 14.陈景华绿色环保型材料聚乳酸的应用研究[期刊论文]-印刷工业 2005(01) 本文读者也读过(2条) 1.孙启坡.苗园绿色高分子材料--聚乳酸[期刊论文]-化工时刊2004,18(5) 2.翟美玉.彭茜.ZHAI Mei-yu.PENG Qian生物可降解高分子材料[期刊论文]-化学与黏合2008,30(5) 引证文献(5条) 1.陈佳佳.瞿金平.刘环裕.刘伟峰.陈惠灼.翟术风.黄锦涛叶片挤出机制备TPU增韧PLA复合材料的性能与形态[期刊论文]-塑料 2013(2) 2.许文殊.罗祥林聚乳酸降解材料的绿色化学合成[期刊论文]-中国组织工程研究与临床康复 2011(3) 3.钟荣.王华昆.那兵增塑聚乳酸结晶形态与机理研究[期刊论文]-昆明理工大学学报(理工版) 2010(5) 4.孙电电.陆荣绿色包装材料的研究进展[期刊论文]-科技信息 2010(36) 5.吴慧昊乳酸及其衍生物国内外发展现状及应用研究[期刊论文]-西北民族大学学报(自然科学版) 2010(2)

聚乳酸的合成方法

聚乳酸的合成方法研究 摘要聚乳酸是一类运用广泛的生物可降解材料,具有良好的机械强度,生物相容性且易加工。聚乳酸的合成方法主要为内交酯开环聚合法和直接缩合聚合法,前者比较而言具有分子量高,机械性能好且无小分子水生成等优点。目前,聚乳酸主要面临着性能改性和成本降低的重要挑战。 关键词聚乳酸,开环聚合,缩合聚合 1 引言 生物降解材料包括天然树脂和合成树脂,是由可再生资源人工合成制得的一种可降解高分材料,主要包括淀粉类以及聚酯类,其中聚酯类包括聚乳酸、聚羟基脂肪酸酯、聚己内酯和聚丁二酸丁二醇酯等。 聚乳酸是一种用途广泛的生物降解高分子材料,具有良好的强度、通透性且易加工,并具有良好的生物相容性,对人体无毒无刺激,因此被广泛用于外科手术缝合线和骨折内固定材料及药物控释载体等生物医用材料,已经成为生物医用材料中最受重视的材料之一[1]。 2 聚乳酸的概述 聚乳酸也称为聚丙交酯,属于聚酯家族,是以乳酸为主要原料聚合得到的聚合物,原料来源充分而且可以再生。聚乳酸的生产过程无污染,而且产品可以生物降解,实现在自然界中的循环,因此是理想的环保型高分子材料[1]。 2.1 聚乳酸的性质 聚乳酸(PLA)为浅黄色或透明的物质;玻璃化温度为50~60℃,熔点170~180℃,密度约1.25g/cm3;不溶于水、乙醇、甲醇等,易水解成乳酸。 聚乳酸有三种立体构型:聚右旋乳酸(PDLA),聚左旋乳酸(PLLA)和聚消旋乳酸(PDLLA)。PDLA和PLLA是两种具有光学活性的有规立体构型聚合物,25℃时比旋光度分别为+157°,-157°。Tg、Tm分别为58℃和215℃,熔融或溶液中均可结晶、结晶度可达60%左右。PDLLA是无定形非晶态材料,Tg为58℃,无熔融温度。 结晶性对PLA材料力学性能和降解性能(包括降解速率、力学强度衰减)的影响很大。PLA脆性高、冲击强度差。分子量增大,PLA的力学强度提高,作为成型制品使用的聚合物分子量至少要达到10万[2]。 2.2 聚乳酸的主要优点 1) 聚乳酸是一种生物可降解材料,使用可再生的植物资源(如玉米)所提供的淀粉原

PLATiO2纳米复合材料的制备与性能研究

目录 引言 (1) 第二章文献综述 (2) 2.1 聚乳酸的性质 (2) 2.2 聚乳酸材料的应用 (4) 2.3 聚乳酸的改性 (6) 2.4 聚乳酸的改性研究现状 (8) 2.5 聚乳酸合成方法 (9) 2.6 纳米复合材料的制备 (12) 2.7 PLA聚合物的发展前景与展望 (15) 第三章实验部分 (17) 3.1 引言 (17) 3.2 实验部分 (17) 第四章结果与讨论 (21) 4.1 反应条件对杂化材料的影响 (21) 4.2 PLA/TiO2纳米复合材料的结构与性能表征 (22) 结论 (34) 参考文献 (35)

引言 随着不可再生资源的日益减少,人们越来越关注环保与可持续发展的问题,全世界都在通过努力开发新型高分子材料来避免或减少对环境的损害。PLA 由于以下几点而被人们所关注:其原料是具有可再生性的乳酸,生产过程中污染小,可以自然的完全降解,只生成二氧化碳和水,对环境没有污染,克服了高分子材料的最大缺点,所以被人们称为绿色塑料。除此之外,聚乳酸还具有优良的生物相容性,可吸收性等,可以被广泛应用在医药卫生、包装材料等领域。 PLA虽然具有较好的机械强度和热成型性,但由于还存在一些不足,所以难以应用于实际:①纯PLA软化点为65℃,耐热温度太低,制品易发生变形或粘连,严重限制产品的应用范围。②市售聚乳酸产品脆性较大。③与通用塑料相比,售价较高,难以被市场接受。这些缺点促使人们对PLA材料的改性进行更深入研究。而纳米二氧化钛复合材料既能在发挥纳米二氧化钛自身的小尺寸效应、表面效应以及粒子的协同效应的同时,又同时能发挥高分子材料本身的优点,使复合材料具有良好的机械性能、光学性能、电磁性能等,得到了人们的重视。制备PLA/纳米二氧化钛复合材料是寄望于能结合二者各自的优点,得到更加实用的复合材料。目前的PLA 复合材料大部分是将填料与聚乳酸在一定条件下复合而成。此方法由于填料与聚乳酸间的结合力差,导致填料分散不均匀易团聚,还可能降低聚乳酸的分子量。且制备工艺比较繁琐,周期较长。 有鉴于此,本文通过制备PLA/TiO2纳米复合材料,希望能提高PLA的力学性能,机械性能等,降低其成本,使其拥有更大的应用空间。

山大复合材料结构与性能复习题参考答案.doc

1、简述构成复合材料的元素及其作用 复合材料由两种以上组分以及他们之间的界面组成。即构成复合材料的元素包括基体相、增强相、界面相。 基体相作用:具有支撑和保护增强相的作用。在复合材料受外加载荷时,基体相一剪切变形的方式起向增强相分配和传递载荷的作用,提高塑性变 形能力。 增强和作用:能够强化基体和的材料称为增强体,增强体在复合材料中是分散相, 在复合材料承受外加载荷时增强相主要起到承载载荷的作用。 界面相作用:界面相是使基体相和增强相彼此相连的过渡层。界面相具有一定厚度,在化学成分和力学性质上与基体相和增强相有明显区别。在复 合材料受外加载荷时能够起到传递载荷的作用。 2、简述复合材料的基本特点 (1)复合材料的性能具有可设计性 材料性能的可设计性是指通过改变材料的组分、结构、工艺方法和工艺参数来调节材料的性能。显然,复合材料中包含了诸多影响最终性能、可调节的因素,赋予了复合材料的性能可设计性以极大的自由度。 ⑵ 材料与构件制造的一致性 制造复合材料与制造构件往往是同步的,即复合材料与复合材料构架同时成型,在采用某种方法把增强体掺入基体成型复合材料的同时?,通常也就形成了复合材料的构件。 (3)叠加效应 叠加效应指的是依靠增强体与基体性能的登加,使复合材料获得一?种新的、独特而又优于个单元组分的性能,以实现预期的性能指标。 (4)复合材料的不足 复合材料的增强体和基体可供选择地范围有限;制备工艺复杂,性能存在波动、离散性;复合材料制品成本较高。

3、说明增强体在结构复合材料中的作用能够强化基体的材料称为增强体。增强体在复合材料中是分散相。复合材料中的增强体,按几何形状可分为颗 粒状、纤维状、薄片状和由纤维编制的三维立体结构。喑属性可分为有机增强体 和无机增强体。复合材料中最主要的增强体是纤维状的。对于结构复合材料,纤 维的主要作用是承载,纤维承受载荷的比例远大于基体;对于多功能复合材料, 纤维的主要作用是吸波、隐身、防热、耐磨、耐腐蚀和抗震等其中一种或多种, 同时为材料提供基本的结构性能;对于结构陶瓷复合材料,纤维的主要作用是增 加韧性。 4、说明纤维增强复合材料为何有最小纤维含量和最大纤维含量 在复合材料中,纤维体积含量是一个很重要的参数。纤维强度高,基体韧性好,若加入少量纤维,不仅起不到强化作用反而弱化,因为纤维在基体内相当于裂纹。所以存在最小纤维含量,即临界纤维含量。若纤维含量小于临界纤维量,则在受外载荷作用时,纤维首先断裂,同时基体会承受载荷,产生较大变形,是否断裂取决于基体强度。纤维量增加,强度下降。当纤维量大于临界纤维量时,纤维主要承受载荷。纤维量增加强度增加。总之,含量过低,不能充分发挥复合材料中增强材料的作用;含量过高,由于纤维和基体间不能形成一定厚度的界面过渡层, 无法承担基体对纤维的力传递,也不利于复合材料抗拉强度的提高。 5、如何设才计复合材料 材料设计是指根据对?材料性能的要求而进行的材料获得方法与工程途径的规划。复合材料设计是通过改变原材料体系、比例、配置和复合工艺类型及参数,来改变复合材料的性能,特别是是器有各向异性,从而适应在不同位置、不同方位和不同环境条件下的使用要求。复合材料的可设计性赋予了结构设计者更大的自由度,从而有可能设计出能够充分发掘与应用材料潜力的优化结构。复合材料制品的设计与研制步骤可以归纳如下: 1)通过论证明确对于材料的使用性能要求,确定设计目标 2)选择材料体系(增强体、基体) 3)确定组分比例、几何形态及增强体的配置 4)确定制备工艺方法及工艺参数

聚乳酸简述

聚乳酸的合成、生产、及应用发展简述 姓名: (郑州大学力学与工程科学学院工程力学专业) 摘要:综述了在目前面临石油危机情况下,聚乳酸作为一种可生物降解的高分子聚合物,在当今社会的发展现状及其前景。阐述了聚乳酸的生产、主要优点、发展前景等。 关键词:聚乳酸;合成;生产;降解;应用; 聚乳酸(英语:Polylactic Acid或Polylactide,缩写:PLA),是一种热塑性脂肪族聚酯。生产聚乳酸所需的乳酸和丙交酯可以通过可再生资源发酵、脱水、纯化后得到,所得的聚乳酸一般具有良好的机械和加工性能,而聚乳酸产品废弃后又可以通过各种方式快速降解,因此聚乳酸被认为是一种具备良好的使用性能的绿色塑料。 聚乳酸(H-[OCHCH3CO]n-OH)的热稳定性好,加工温度170~230℃,有好的抗溶剂性,可用多种方式进行加工,如挤压、纺丝、双轴拉伸,注射吹塑。由聚乳酸制成的产品除能生物降解外,生物相容性、光泽度、透明性、手感和耐热性好,光华伟业开发的聚乳酸(PLA)还具有一定的抗菌性、阻燃性和抗紫外性,因此用途十分广泛,可用作包装材料、纤维和非织造物等,主要用于服装(内衣、外衣)、产业(建筑、农业、林业、造纸)和医疗卫生等领域 生产 乳酸的结构中同时含有羧基和羟基,故乳酸分子之间可以发生酯化反应形成长链。虽然名叫聚乳酸,但绝大部分羧基已经在聚合反应中反应掉,实际并没有什么酸性,这一点和聚丙烯酸为代表的侧基均为羧基的聚合物不同。聚乳酸的单体乳酸可以通过化学合成或者通过可再生资源合成。一般使用玉米、木薯提取出的淀粉,甘蔗和甜菜提取的糖和秸秆等提取的纤维素,经过发酵、脱水等过程获得乳酸。所获得的乳酸需要进行纯化,才能进行聚乳酸的生产,因为乳酸中含有的微量富马酸和醋酸都会造成聚合反应的终止。 目前生产聚乳酸的途径主要有三条: 以乳酸为原料直接缩聚:由于乳酸缩聚反应中逐渐生成的水会引起水解和链转移,所以一般先通过闪蒸等手段除去原料乳酸中残存水分,之后在100°C,1kPa的低压下脱水生成丙交酯和小分子量聚乳酸,然后以氯化亚锡和对甲苯磺酸为催化剂,在160°C温度下进行熔融缩聚,可以得到分子量高于80000的聚乳酸[2]:42。如果想进一步提高分子量,可以将熔融聚乳酸冷却后进一步缩聚,或在共沸蒸馏的条件下进行缩聚,不断把生成的水除去,最终可以得到分子量超过100,000的聚乳酸。 以乳酸为原料缩聚成一定分子量的聚乳酸后,加入酸酐和环氧树脂等偶联剂。偶联剂可以与聚乳酸链末端残余的羟基和羧基发生反应,达到较短链互相结合产生长链的扩链效果 先以两分子乳酸彼此酯化形成丙交酯,然后以纯化的丙交酯为原料,在金属催化剂(比如丁

PLA纳米复合材料在食品包装的应用研究进展

2019年第29卷第2期塑料包装19 1.引言 石油基塑料制品(如PE、PP、PVC、PET 等)因质轻、保护性强、印刷上色性好、价格低廉、性能可调等优点而被广泛应用于包装领域[1]。然而,这些塑料制品使用遗弃后降解速率十分缓慢,且难以回收,会对环境造成严重的污染。因此,在当今这个提倡节能、环保、低碳、可持续发展和高度重视食品安全的时代,石油基塑料作为食品包装材料已然显示出极大的负面性。 随着人们对环境问题的日益重视,生物基可降解高分子材料应运而生,成为最有可能替代石油基塑料的新一代包装材料。 根据来源和合成方法来划分,生物基高分子可分为天然高分子(如纤维素、甲壳素、明胶、蛋白质等[2])、合成高分子(如聚乳酸(PLA)、聚乙醇酸(PGA)、聚琥珀酸丁二醇酯(PBS)、聚乙烯醇(PVA))以及微生物发酵高分子(如聚羟基脂肪酸酯(PHAs)[3]。它们的共同特点是在适当的氧气、温度和湿度环境下可通过微生物代谢作用分 PLA纳米复合材料在食品包装的应用研究进展 杨伟军齐国闯马丕明东为富* (江南大学化学与材料工程学院) 摘要:本文综述了PLA纳米复合材料在食品包装领域的研究进展,具体包括PLA/纳米木质纤维复合材料、PLA/纳米黏土复合材料、PLA/金属或金属氧化物纳米复合材料以及PLA共混聚合物纳 米复合材料。并从制备方法、力学性能、热稳定性、降解性能、紫外光/气体阻隔性能、抗菌性 能、迁移性能等方面分析了各类纳米复合材料的优势,最后对PLA/纳米复合材料在食品包装的 应用前景进行了展望。 关键词:聚乳酸纳米复合材料性能食品包装 Research Progress ofPLABasedNanocompositesforFoodPackaging Yang Weijun Qi Guochuang Ma Piming Dong Weifu* (School of Chemistry and Materials Engineering,Jiangnan University)Abstrac t:This paper reviews the research progress of PLA nanocomposites for the application of food packaging,including PLA/lignocellulosic nanocomposites,PLA/nano-clay composites, PLA/metal or metal oxide nanocomposites,PLA blend polymer based nanocomposites.Then,the performance advantages of various nano-composite materials were analyzed from the aspects of preparation methods and mechanical properties,thermal stability,degradation properties,UV/gas barrier properties,antibacterial properties and migration properties.Finally,the PLA/nanocompositesfor the application in food packaging area were predicted. Keyw ord s:PLA Nanocomposites;Performance Food packaging

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