在一篇文章中，我们提到目前广泛使用的生物降解塑料有两种，即PBAT和聚乳酸。其中，PBAT因为技术壁垒比较低，进入行业的玩家也比较多，对于投资者来说非常不友好。那么，聚乳酸行业又呈现怎么样的竞争壁垒？为了较为全面地了解聚乳酸行业，本篇文章我们将首先介绍聚乳酸的生产工艺。
1.什么是高分子聚合物？
在介绍具体的聚乳酸之前，我们先来看看塑料，或者更广义的高分子聚合物是什么。
相信大家在生活中都见过自行车链条。它是由多个相同的单元首尾相连，形成长长的链状结构，发挥的作用却超越了各个单元的简单相加。高分子也是类似的，也是由若干个小分子首尾相连，形成一个很长的链状分子，带来了完全不同的材料性能。
可能大家很难想象，保鲜膜和塑料餐盒都是由同一种叫乙烯的气体小分子组成的。这里面构成单元的原料，被称为单体，比如刚刚提到的乙烯；由单体形成高分子的过程，被称为聚合，所以高分子材料又被称为聚合物polymer。这也是为什么我们看到很多高分子材料的英文缩写，比如PE、PP、PET这些常见塑料都是P开头，就是代表它是聚合物。我们今天要探讨的聚乳酸，英文缩写是PLA。它的名字组成也很简单，P就是聚合，LA代表乳酸。
高分子的聚合既可以是发生在化工装置中的化学反应，也可以发生在细胞内。实际上，构成生命体所必需的蛋白质、DNA或RNA都是高分子聚合物，植物中的淀粉、棉花纤维也都是天然的高分子聚合物。我们生活中常见的塑料、橡胶和化学纤维则是人工合成的高分子聚合物。
2.聚乳酸的生产流程
在有了对高分子基础的认识之后，我们可以来看一下聚乳酸是如何一步步从原料变成最终的成品。
首先最初的原料来自于植物淀粉或者秸秆这样的生物基材料，然后通过生物发酵形成乳酸，乳酸再通过化学合成形成丙交酯，丙交酯再聚合形成纯的聚乳酸。最终根据下游具体的应用需求，纯的聚乳酸中还会进一步添加各种辅料，就可被用于生产各种可降解的塑料制品。
整个过程中，乳酸、丙交酯都是小分子化合物。只有丙交酯通过聚合变成聚乳酸，才形成了高分子塑料。但是不要小看乳酸和丙交酯的环节。如果没有高纯度的乳酸和高纯度的丙交酯，后面的聚合就无从谈起。实际上生产高纯度的丙交酯是整个聚乳酸产业链里面，技术壁垒最高的一个环节。所以，我们需要重点了解一下这个环节。
3.乳酸的聚合
我们可以看到乳酸分子中同时有羧基和羟基。这两种基团能够发生化学上被称为酯化的反应，从而让两个分子连在一起，形成乳酸二聚体。
细心的朋友可能已经发现了一个问题，上述反应生成的乳酸二聚体左右两边也还是有羧基和羟基，还是能继续反应。
那么这里面就有两种可能。一种可能是两个乳酸分子，各自的左手拉着另一个分子的右手，抱在一起形成一个环，也就是我们上面提到的丙交酯。
另一种可能是很多个乳酸分子，排成一长排，相邻两个分子之间左手拉右手，从而形成长链结构。那么是不是有了足够多的乳酸分子在一起反应就可以直接得到聚乳酸？确实如此，这种聚合方式被称为一步法。
但这里面会存在一个问题。化学反应很多时候是可逆的，既能正过来，也能反过去，酯化反应是非常典型的代表。因此，虽然反应的原理看起来很简单。但是想要让反应的转化效率高、聚合物分子链既长又整齐，就相当考验工艺技术水平了。
这里面最容易坏事的，恰恰就是生成的水。因此，科学家和工程师们想到另一种聚合方法。先让两个乳酸分子发生酯化反应成环，形成丙交酯。反应后除去水，并提纯丙交酯。然后让纯化后的丙交酯之间发生开环聚合，最终形成聚乳酸。这种方法被称为两步法。
这样做的好处就在于聚合的过程中没有水分子的干扰，可以得到分子链更长、分子量更大的聚乳酸，整个反应过程也更容易控制。
当然，两步法对技术和工艺的要求也更高。主要的难点是丙交酯的合成与纯化。合成过程中温度、压力和催化剂的选择都很有讲究。比如温度太低了，反应不够充分、耗费的时间也长；如果温度太高，那又会有各种副反应带来杂质，甚至生成的丙交酯还会发生分解。
此外，之前提到生成的水会对聚乳酸的一步法直接聚合有干扰。其实水对所有酯化反应都有干扰，丙交酯的合成也不例外。所以在实际工艺中，丙交酯的合成也不是一步到位的，往往也需要好几步复杂的过程。最后即便顺利合成丙交酯，后续的提纯也需要复杂的工艺和定制化的设备。这些问题的解决方案需要研发人员和生产技术人员在实践中一点点摸索。
以上是有关聚乳酸原理与工艺的一些介绍，那么目前海内外具体有哪些厂商能够生产聚乳酸？我们会在后续文章中继续讨论。
