近日，聚乙醇酸(PGA)技術解決方案供應商上海東庚化工技術有限公司宣布，已與莊信萬豐、伊士曼簽署一項合作備忘協(xié)議，共同提供新一代PGA工藝技術的授權。
近年來，PGA作為推動我國減少塑料廢棄物、實現(xiàn)“雙碳”目標的重要可降解塑料產(chǎn)品而廣受關注。隨著原料乙醇酸和乙醇酸甲酯成本的降低和產(chǎn)能的不斷擴大，PGA技術逐步突破，多個項目漸次落地，產(chǎn)業(yè)化蓄勢待發(fā)。
性能優(yōu)異前景廣闊
PGA是一種高結晶、可生物降解的線型脂肪族聚酯。超高相對分子質量的PGA機械性能優(yōu)異，具有良好的可加工性，密度為1.5～2.0克/立方厘米;暴露在堆肥條件下，可在1～3個月內完全降解，降解產(chǎn)物乙醇酸是無毒的，之后變成水和二氧化碳排出。其在美國、歐盟和日本已獲得可安全生物降解的塑料材料認證。
圖1?PGA結構式
可降解塑料大多存在降解條件限制，且性能較傳統(tǒng)塑料差距明顯。而PGA具有目前最快的降解速度并且不需要特殊降解條件，能夠降低垃圾集中處理的難度，特別適用于一次性塑料制品。
PGA在機械強度、阻隔性和耐熱性三方面表現(xiàn)十分優(yōu)異，并且具有生物相容性，目前主要應用于醫(yī)用可吸收手術縫線、藥物控制釋放、骨固定等高端醫(yī)用領域，在油氣開采、農業(yè)生產(chǎn)、食品包裝和醫(yī)療等領域有良好的應用前景。其中，在油氣行業(yè)，PGA可用于制作可降解壓裂橋塞、壓裂球、降解環(huán)、可降解暫堵纖維、暫堵顆粒等。
多種工藝競相研發(fā)
目前，PGA工業(yè)化成熟度較高的制備技術是乙醇酸(酯)縮聚法（a）和乙交酯開環(huán)聚合法（b）。此外，還有鹵代乙酸縮聚法、甲醛和一氧化碳聚合法、乙交酯懸浮聚合法等。
圖2?兩種常見的PGA制備方法
“乙醇酸(酯)縮聚法相比其他PGA制備工藝，具有流程短、能耗低、投資少等優(yōu)勢。但產(chǎn)品質量與乙交酯開環(huán)聚合法相比仍有較大差距，還存在反應時間長、難以連續(xù)化生產(chǎn)、產(chǎn)品純度不高等問題?！鄙虾|庚董事長唐曦表示，乙交酯開環(huán)聚合法是將乙醇酸(酯)單體先合成相對分子質量較低的PGA，然后解聚生成乙交酯，再開環(huán)聚合制備高相對分子質量的PGA。
唐曦介紹，制備出超高相對分子質量的PGA是將其應用于工業(yè)領域的關鍵。開環(huán)聚合法制得的PGA既能滿足醫(yī)用材料等高端應用的要求，又能滿足通用可降解材料的應用要求，是目前大批量生產(chǎn)PGA的主流工藝。但開環(huán)聚合工藝路線相對復雜、產(chǎn)品效率低、生產(chǎn)成本較高，目前國內尚未全面突破這一技術，因此高相對分子質量PGA產(chǎn)品還需要進口。
煤基路線開始落地
由于技術壁壘高、市場規(guī)模小等因素，早先國內PGA產(chǎn)業(yè)化速度較慢。隨著禁塑令的逐漸推廣，我國可降解塑料行業(yè)蓬勃發(fā)展，PGA作為完全降解塑料備受關注。特別是我國提出大力發(fā)展煤基生物可降解材料后，國內項目規(guī)劃和技術研發(fā)加快推進。
煤制PGA的碳排放遠低于煤制烯烴，實現(xiàn)了低碳排放下煤炭轉化為基礎塑料制品的過程，規(guī)避了我國需要煤化工保障自給率但碳排放又過大的矛盾，意義重大。在低端領域使用PGA大量替代現(xiàn)有的聚乙烯和聚丙烯制品，能夠將寶貴的烯烴資源更多用于高端材料和精細化工等領域中。我國自主研發(fā)的煤基PGA合成路線適合大規(guī)模生產(chǎn)且成本較低。煤基PGA生產(chǎn)成本為10111元/噸，低于聚對苯二甲酸—己二酸丁二醇酯(PBAT)和聚乳酸(PLA)的生產(chǎn)成本。若生產(chǎn)企業(yè)本身可以提供煤炭資源，PGA的生產(chǎn)成本可降至6681元/噸。
目前，我國已建成的PGA項目多為小試及中試裝置，包括通遼金煤、四川博立、內蒙古浦景等，單套規(guī)模不超過3000噸/年。2022年9月，國家能源榆林化工5萬噸/年PGA裝置建成打通流程；中石油長城能源化工(貴州)一期20萬噸/年PGA裝置為目前規(guī)模最大的在建項目，其他如內蒙古久泰能源、榮信化工、湖北化肥、蒙西煤化工等都有PGA項目規(guī)劃。
隨著我國自主研發(fā)的煤基工藝路線的落地，PGA將步入產(chǎn)能快速增長期，未來4年我國將新增80萬噸PGA產(chǎn)能，且主要來自中國石化、國家能源集團等央企。
上下游協(xié)同推進產(chǎn)業(yè)化
有專家表示，目前國內PGA產(chǎn)業(yè)鏈的下游應用環(huán)節(jié)產(chǎn)業(yè)化程度還不高，特別是在單體制備、注塑、紡絲等關鍵環(huán)節(jié)缺少低成本、產(chǎn)業(yè)化的廠商支持，造成各類PGA產(chǎn)品造價偏高，制約了產(chǎn)品的大范圍推廣。
對此，唐曦建議，PGA行業(yè)各方應積極探索通過開展合作，整合優(yōu)化資源，增強優(yōu)勢互補，共同推動加快產(chǎn)業(yè)化進程，促進我國可降解塑料產(chǎn)業(yè)高質量發(fā)展。
據(jù)介紹，上海東庚PGA技術采用的乙交酯開環(huán)聚合法是目前工業(yè)化最具前景的合成路線。該公司從催化劑選擇、乙交酯純化、開環(huán)聚合工藝到裝置的研究、加工及應用都形成了自主專有技術，解決了目前PGA生產(chǎn)過程中遇到的脫水不徹底、裂解反應溫度高、產(chǎn)品質量不穩(wěn)定和加工困難等問題，拓寬了PGA的應用領域，可以獲得醫(yī)用級別PGA，填補國內高端市場空白。
圖：上海冬耕化工技術有限公司
目前，上海東庚在寧夏寧東基地建設PGA中試項目。該公司正在逐漸優(yōu)化工藝，完善5萬噸級的工藝包，并與其他企業(yè)合作開發(fā)從煤到乙醇酸再到PGA的全產(chǎn)業(yè)鏈，提高煤化工產(chǎn)品的附加值，降低生產(chǎn)成本。
唐曦表示，將PGA與聚乙烯、聚丙烯等傳統(tǒng)材料結合，可以提升材料的阻隔性，改善材料力學性能;與其他降解材料PLA、PBAT等共混，可以提升PGA的阻隔性，加速降解，增強增韌。上海東庚正在推進PGA樹脂的加工工藝和性能改進研究，在注塑、紡絲、吹膜等領域促進PGA產(chǎn)品替代傳統(tǒng)石油基材料的發(fā)展進程。
原文來源：中國化工報
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