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01原料和下游用途

 

聚乙醇酸，又稱(chēng)聚羥基乙酸，是一種單元碳數(shù)最少、具有可完全分解的酯結(jié)構(gòu)、降解速度最快的脂肪族聚酯類(lèi)高分子材料。PGA也是一種熱塑性脂肪族聚酯，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度溫度為40℃，熔融溫度約為225℃。

 

 

PGA是一種具有良好生物降解性和生物相容性的合成高分子材料，與傳統(tǒng)的性能穩(wěn)定的高分子材料如塑料、橡膠等不同，PGA作為材料在使用到一定時(shí)間后逐漸降解，并最終變成對(duì)人體、動(dòng)植物和自然環(huán)境無(wú)害的水和二氧化碳，是目前已知的降解性能最好的高分子材料之一，也是少數(shù)幾種在海洋環(huán)境中快速降解的高分子材料，其降解的產(chǎn)物為水和CO2，對(duì)環(huán)境無(wú)害，對(duì)于解決目前嚴(yán)峻的白色污染問(wèn)題具有重大意義。

 

相對(duì)于市場(chǎng)上主流的PBAT/PLA等可降解塑料來(lái)說(shuō)，PGA 材料目前價(jià)格比較高，市場(chǎng)供應(yīng)量也較小。

 

PGA的應(yīng)用主要表現(xiàn)在生物醫(yī)學(xué)和生態(tài)學(xué)兩個(gè)方面。

 

PGA的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用主要表現(xiàn)在醫(yī)用縫合線(xiàn)、藥物控釋載體、骨折固定材料、組織工程支架、縫合補(bǔ)強(qiáng)材料。

 

PGA在生態(tài)學(xué)上的應(yīng)用是作為對(duì)環(huán)境有益的完全可生物降解性塑料取代在塑料工業(yè)中廣泛應(yīng)用的生物穩(wěn)定的通用塑料。PGA主要用作緩釋體系，控制除草劑的釋放速度。使用PGA農(nóng)用薄膜最明顯的優(yōu)點(diǎn)是不會(huì)像現(xiàn)在大量使用的PE和PVC那樣造成環(huán)境污染，這種薄膜在使用幾年后可自動(dòng)降解，不會(huì)污染土地和水源。PGA還可用作林業(yè)木材、水產(chǎn)用材和土壤、沙漠綠化的保水材料。

 

02PGA的工藝路線(xiàn)

 

近年來(lái)，日本、美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家積極開(kāi)發(fā)聚乙醇酸（PGA）、脂肪族聚酯（PCL）等新型石油基可降解塑料。國(guó)際上主要通過(guò)乙醇酸、乙醇酸酯、乙交酯等原料在催化劑作用下縮聚而成，工藝技術(shù)路線(xiàn)以乙交酯開(kāi)環(huán)聚合法為主。

 

 

具體反應(yīng)式：

 

 

該方法需要對(duì)乙交酯經(jīng)過(guò)多次提純后，將高純度的乙交酯進(jìn)行開(kāi)環(huán)聚合可制備出高分子量的聚乙醇酸。乙交酯的開(kāi)環(huán)聚合需要催化劑促進(jìn)，否則相對(duì)分子質(zhì)量難以提高。

 

03PGA的特點(diǎn)

 

1、高強(qiáng)度-拉伸強(qiáng)度110Mpa，是PLA的兩倍，具有優(yōu)良的機(jī)械性能；PGA能和其他高分子材料配合用于擠出和注射成型，也可與其他樹(shù)脂共混制備聚合物合金材料。

 

 

2、PGA材料具有很好的汽/氧阻隔性能，是綜合阻隔性最好的材料之一，其對(duì)水汽的阻隔性能較PLA高100倍，這與PE材料類(lèi)似。PGA對(duì)氣體的阻隔性基本不受環(huán)境溫度影響，PGA對(duì)氧氣和水蒸氣的阻隔性是PET的100倍和PLA的1000倍。

 

3、高耐熱-軟化點(diǎn)170℃，制品耐熱100℃以上；

 

4、可用于工業(yè)或者家庭堆肥，PGA工業(yè)堆肥的降解速率與纖維素類(lèi)似，120天后即可完全降解。另外，PGA的海水降解性能優(yōu)異，在28天時(shí)降解率與纖維素相當(dāng)，達(dá)75.3％；

 

 

5、全降解性以及良好的生物相容性

 

PGA具備良好的生物相容性，它在人體內(nèi)可降解成水和二氧化碳，因此被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療外科手術(shù)縫合線(xiàn)、骨折內(nèi)固定、組織工程修復(fù)材料及藥物控制釋放體系等。

 

04未來(lái)應(yīng)用

 

由于PGA的特性，在改性應(yīng)用方面有以下路徑。

 

第一，與傳統(tǒng)材料（如PE、PP、PET等）結(jié)合，可以提升材料的阻隔性，改善材料力學(xué)性能。

 

第二，與其他降解材料（如PLA、PBAT、PCL等）共混?？梢蕴嵘韪粜?，加速降解，增強(qiáng)增韌。

 

05國(guó)內(nèi)進(jìn)展

 

在我國(guó)，2010年，煤基合成氣制取PGA技術(shù)取得突破，上海浦景化工公司2018年在內(nèi)蒙古包頭開(kāi)工建設(shè)相關(guān)項(xiàng)目，截至目前已有1500噸產(chǎn)能投放，據(jù)悉明年繼續(xù)擴(kuò)增5萬(wàn)噸。

 

在此基礎(chǔ)上，為加快推動(dòng)PGA產(chǎn)品研發(fā)與應(yīng)用，降低產(chǎn)品成本，拓展市場(chǎng)應(yīng)用領(lǐng)域，中石化、國(guó)家能源集團(tuán)神華榆林能源化工有限公司、上海浦景化工等企業(yè)，積極探索通過(guò)開(kāi)展強(qiáng)強(qiáng)合作，整合優(yōu)化資源，增強(qiáng)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，共同推動(dòng)加快產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，促進(jìn)我國(guó)可降解塑料產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

 

中國(guó)石化長(zhǎng)城能源化工（貴州）50萬(wàn)噸/年P(guān)GA項(xiàng)目

 

2021年，4月22日，中國(guó)石化長(zhǎng)城能源化工(貴州)有限公司50萬(wàn)噸年聚乙醇(PGA)項(xiàng)目總圖及場(chǎng)平方案討論會(huì)召開(kāi)，建設(shè)地在貴州畢節(jié)，項(xiàng)目分兩期建設(shè),一期20萬(wàn)噸/年P(guān)GA裝置于2024年建成，二期30萬(wàn)噸/年P(guān)GA裝置于2026年建成。

 

國(guó)家能源集團(tuán)神華榆林5萬(wàn)噸/年P(guān)GA示范項(xiàng)目

 

2021年3月1日，國(guó)家能源集團(tuán)榆林能源化工有限公司5萬(wàn)噸/年聚乙醇酸示范項(xiàng)目舉行開(kāi)工儀式。

 

久泰新材料環(huán)保降解材料PGA項(xiàng)目

 

2021年3月15日，內(nèi)蒙久泰公司舉行PGA環(huán)保降解材料科研試驗(yàn)車(chē)間開(kāi)工儀式。

 

總結(jié)來(lái)看：

 

（1）前景：

 

1. PGA具有獨(dú)特的性能，在包裝及通用塑料制品領(lǐng)域具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

 

2. 通過(guò)改性可以揚(yáng)長(zhǎng)避短，實(shí)現(xiàn)PGA材料在更多領(lǐng)域的使用，是對(duì)現(xiàn)有生物降解塑料產(chǎn)品線(xiàn)的有效補(bǔ)充。

 

3. PGA在包裝及通用塑料應(yīng)用領(lǐng)域的改性研究較少，仍有很大發(fā)展空間。

 

4. 目前“合成氣制PGA技術(shù)”已經(jīng)完成工業(yè)放大驗(yàn)證，未來(lái)PGA產(chǎn)能將進(jìn)一步擴(kuò)大，成本將進(jìn)一步降低，市場(chǎng)應(yīng)用前景廣闊。

 

（2）存在的問(wèn)題

 

1、 PGA的加工成型   

 

雖然PGA的性能優(yōu)異，但是加工性能差，高結(jié)晶度導(dǎo)致其加工溫度高，高加工溫度也會(huì)造成材料過(guò)度降解，從而影響材料的性能，因此其對(duì)加工設(shè)備要求高。

 

2、PGA改性研究     

 

PGA材料的強(qiáng)度很高，但是韌性不足，因此很難單獨(dú)加工使用，需要通過(guò)改性，實(shí)現(xiàn)其對(duì)某些功能的增強(qiáng)。