環(huán)保材料主力軍

聚乳酸，又稱聚丙交酯，是以乳酸為主要原料聚合得到的聚酯類聚化合物。作為一種新型的生物降解材料，聚乳酸是合成生物學(xué)在材料領(lǐng)域的最早應(yīng)用之一，也是目前全球范圍內(nèi)產(chǎn)業(yè)化最成熟、產(chǎn)量最大、應(yīng)用最廣泛的生物可降解塑料。

聚乳酸距離我們生活不遠(yuǎn)，不少奶茶店、咖啡店提供的紙質(zhì)吸管就由聚乳酸制成，超市提供的塑料袋也是由聚乳酸制成。它身上通常帶有聚乳酸的SPI（美國(guó)塑料工業(yè)協(xié)會(huì)）標(biāo)志，即三個(gè)代表循環(huán)利用的箭頭中央，標(biāo)志有數(shù)字7。聚乳酸產(chǎn)品廢棄后，可以通過(guò)各種方法快速降解，具有極高的環(huán)保價(jià)值。

聚乳酸制品看似普通，卻被國(guó)家列入了“十四五”規(guī)劃，同時(shí)成為中共中央政治局審議《國(guó)家安全戰(zhàn)略綱要》中強(qiáng)調(diào)的科技供應(yīng)鏈安全問(wèn)題之一。

顧名思義，聚乳酸是以乳酸為生產(chǎn)原料，傳統(tǒng)的乳酸發(fā)酵大多用淀粉質(zhì)作原料。以玉米為例，需要經(jīng)過(guò)取材、發(fā)酵、中間型產(chǎn)物、聚合、聚合修飾五步，才能得到聚乳酸。

首先將玉米碾碎，從中提取淀粉，將淀粉制成未精化的葡萄糖，之后采用類似乙醇發(fā)酵的方式發(fā)酵，葡萄糖通過(guò)發(fā)酵產(chǎn)生乳酸，然后將乳酸單體以特殊的濃縮制程，轉(zhuǎn)變成為中間產(chǎn)物減水乳酸（又稱丙交酯）。丙交酯單體經(jīng)過(guò)真空凈化后，通過(guò)單體聚合得到聚乳酸。最后，通過(guò)聚乳酸的具體使用場(chǎng)景加工材料。

生產(chǎn)丙交酯主要有直接縮聚法、開(kāi)環(huán)聚合法。直接縮聚法又叫一步法，乳酸分子通過(guò)脫水縮聚反應(yīng)制備。該方法的優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)流程短、成本低，缺點(diǎn)是聚乳酸分子量難以有效提升，產(chǎn)品機(jī)械性能差，工業(yè)應(yīng)用范圍不廣，生產(chǎn)者較少。

開(kāi)環(huán)聚合法又叫二步法，乳酸先脫水成為低聚物，解聚生成丙交酯，再開(kāi)環(huán)聚合制得聚乳酸。通過(guò)二步法得到的聚乳酸，力學(xué)性能好、分子量可控，雖然工藝復(fù)雜，成本高，仍成為目前工業(yè)上應(yīng)用最多的方法。

可以看到，在生產(chǎn)聚乳酸的整個(gè)過(guò)程中，最核心的環(huán)節(jié)在于如何得到高純度的丙交酯。丙交酯的純度越高，最終產(chǎn)品的性能也越高，或者說(shuō)，只有純度高的丙交酯才能用于合成分子量高、物理性能好的聚乳酸。

截至目前，全球聚乳酸集中在美國(guó)嘉吉、法國(guó)道達(dá)爾、比利時(shí)格拉特等少數(shù)企業(yè)，以它們?yōu)榇淼钠髽I(yè)在相關(guān)領(lǐng)域深耕已久，申請(qǐng)了大量專利，進(jìn)行了大規(guī)模的知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)，建立了較高的技術(shù)和知識(shí)產(chǎn)權(quán)壁壘。

我國(guó)企業(yè)在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)沒(méi)有掌握二步法生產(chǎn)聚乳酸，丙交酯嚴(yán)重依賴進(jìn)口，成為我國(guó)聚乳酸產(chǎn)業(yè)規(guī)?；l(fā)展關(guān)鍵技術(shù)的瓶頸。2017年后，我國(guó)企業(yè)加速崛起，逐漸掌握完整的二步法生產(chǎn)工藝，于2021年6月，二步法生產(chǎn)的聚乳酸完成了工業(yè)化量產(chǎn)。盡管產(chǎn)量和技術(shù)工藝仍待提高，但我國(guó)已擁有位于第一梯隊(duì)，有能力和國(guó)外大牌企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的國(guó)產(chǎn)工藝。

聚乳酸的應(yīng)用極廣，涉及包裝、紡織、農(nóng)用地膜、生物醫(yī)用等領(lǐng)域。在我國(guó)提出“碳中和”、頒布“限塑令”的環(huán)境下，聚乳酸作為環(huán)保材料，擁有龐大的市場(chǎng)。

高性能聚乳酸材料國(guó)產(chǎn)化，不僅關(guān)系到我國(guó)制造業(yè)的穩(wěn)定，而且代表著未來(lái)的發(fā)展方向，以及我國(guó)在相關(guān)領(lǐng)域的國(guó)際定價(jià)權(quán)，是名副其實(shí)的新質(zhì)生產(chǎn)力。