蔡旻霏、黎彥成 / 工研院材化所
聚酯材料應用於人類生活已久，近年來多以纖維級薄膜和塑料製品為主。然而，隨著老年化的醫療需求市場成長，其中生質來源或生物可降解的高值應用逐漸受到關注，例如：生醫植入物、生醫修補物等。國內在聚酯合成以及傳統化纖已有相當技術能量，惟在醫用材料開發領域上涉獵較淺，因此工研院針對醫療材料之開發進行分析研究，建構發展生醫用聚酯材料之基石，並針對應用需求之規格建立相對應的技術指標，期可為國內廠商開拓聚酯高值領域拋磚引玉。
【內文精選】
聚酯發展
目前全球最大PLA產能為美國的NatureWorks公司，其年產15萬噸的生產線均在美國境內，公司宣稱主要原料來自生產基地周圍96公里之內種植的玉米。NatureWorks在2019年初宣布，為了確保其原料的獲取永續且可信賴，在2020年將所有原料都送交International Sustainability &Carbon Certification System (ISCC)第三方單位來認證。並宣布2021年提升丙交酯單體提純升級、且會提升10%可供量之Ingeo™(PLA)生物材料組合產品，此產品利用微生物增加CO2導入PLA材料中的比例。
全球第二大的PLA生產線由荷蘭的Total Corbion PLA公司於2019年設置在泰國，年產7.5萬噸，使用泰國本地甘蔗為原料。Total Corbion PLA是法國Total與荷蘭Corbion各半合資的企業。2020年初，Total Corbion PLA宣布將在法國再建一座年產10萬噸PLA的製造廠。
聚乳酸(PLA)應用與發展
1. PLA的合成
如圖二所示，現行PLA主要合成途徑為：①乳酸直接聚合法；②丙交酯開環聚合法。目前以丙交酯開環聚合可以達到較高分子量PLA，是NatureWorks公司和豐田汽車公司商業級應用高分子量PLA採用的聚合方式。
圖二、PLA聚合方式
2. PLA的市場與產值
依據MarketsandMarkets™市場分析，截至2019年，PLA主要三大市場為美國(19.9%)、中國(15.9%)、德國(8.5%)，如圖三所示，歐洲國家如：德國、義大利、西班牙等對於PLA的市場需求也開始提升，主要應用於包裝、纖維、紡織和農業等。預估全球PLA市場會從2020~2025年之7.8億美元成長至17.5億美元，成長率達17.4%。
圖三、PLA全球市場占比（2019年）
由表三可以看到，廠商投入方向目前主要是在包裝紡織等應用方面，電子與汽車運輸產業是相對低投入的部分。但在高值化的其他PLA投入中，如：3D列印、塗層、膠料、手術縫線、醫療支架、藥物釋放載體、醫療植入物等，在近幾年也逐漸提升。如表四所示，可以看到各地區PLA投入其他應用的成長比例約15.8%。
PLA開發應用
1. PLA醫材應用
本篇文章進一步針對醫療聚乳酸材料應用的加工與降解特性進行討論。利用PLA生物可降解特性，過去以來在醫療應用中常作為手術縫線、骨固定材等人體器官修復材料。可以藉由不同應用項目，調整PLA分子量以達到降解時間以及應用範疇之物性需求。
為賦予PLA生物高分子材料功能化，利用奈米複合材料，可以達到幫助骨整合之附加功能。工研院材料與化工研究所執行FY110高值組織修復材料技術開發計畫，由材化所提供可降解材料(Degradable Material)聚合與混摻生物陶瓷技術，並導入生醫所生物支架組織修復概念，結合紡織產業綜合研究所之仿生編織技術，將產出具骨整合能力之人工韌帶。
2. 不同型態組成體外降解特性分析
工研院材化所高分子精密加工研究室之研究團隊選用幾種商業來源不同分子量與組成的可降解高分子進行體外降解分析（表七），作為相關可降解高分子降解速度與關係研究。樣品製備方式為熔融熱壓成1 mm厚度板材，並進一步裁切成20 mm直徑之圓形小板。原料體外降解加速試驗方式為：將商業來源可降解材料圓形小板先經由去離子水潤洗後，以60˚C進行烘乾後作為第零天之秤重紀錄；接著將…以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
表七、進行體外降解分析之不同分子量與組成的可降解高分子
★本文節錄自《工業材料雜誌》420期，更多資料請見下方附檔。