PGA产业化蓄势待发

  近日,聚乙醇酸(PGA)技术解决方案供应商上海东庚化工技术有限公司宣布,已与庄信万丰、伊士曼签署一项合作备忘协议,共同提供新一代PGA工艺技术的授权。

  近年来,PGA作为推动我国减少塑料废弃物、实现“双碳”目标的重要可降解塑料产品而广受关注。随着原料乙醇酸和乙醇酸甲酯成本的降低和产能的不断扩大,PGA技术逐步突破,多个项目渐次落地,产业化蓄势待发。

  性能优异前景广阔

  PGA是一种高结晶、可生物降解的线型脂肪族聚酯。超高相对分子质量的PGA机械性能优异,具有良好的可加工性,密度为1.5~2.0克/立方厘米;暴露在堆肥条件下,可在1~3个月内完全降解,降解产物乙醇酸是无毒的,之后变成水和二氧化碳排出。其在美国、欧盟和日本已获得可安全生物降解的塑料材料认证。

  东方证券研报表示,可降解塑料大多存在降解条件限制,且性能较传统塑料差距明显。而PGA具有目前最快的降解速度并且不需要特殊降解条件,能够降低垃圾集中处理的难度,特别适用于一次性塑料制品。

  PGA在机械强度、阻隔性和耐热性三方面表现十分优异,并且具有生物相容性,目前主要应用于医用可吸收手术缝线、药物控制释放、骨固定等高端医用领域,在油气开采、农业生产、食品包装和医疗等领域有良好的应用前景。其中,在油气行业,PGA可用于制作可降解压裂桥塞、压裂球、降解环、可降解暂堵纤维、暂堵颗粒等。

  多种工艺竞相研发

  上海东庚董事长唐曦介绍说,PGA主要通过乙醇酸(酯)、乙交酯等原料在催化剂作用下缩聚而成。目前,PGA工业化成熟度较高的制备技术是乙醇酸(酯)缩聚法和乙交酯开环聚合法。此外,还有卤代乙酸缩聚法、甲醛和一氧化碳聚合法、乙交酯悬浮聚合法等。

  “乙醇酸(酯)缩聚法相比其他PGA制备工艺,具有流程短、能耗低、投资少等优势。但产品质量与乙交酯开环聚合法相比仍有较大差距,还存在反应时间长、难以连续化生产、产品纯度不高等问题。”唐曦表示,乙交酯开环聚合法是将乙醇酸(酯)单体先合成相对分子质量较低的PGA,然后解聚生成乙交酯,再开环聚合制备高相对分子质量的PGA。

  据唐曦介绍,制备出超高相对分子质量的PGA是将其应用于工业领域的关键。开环聚合法制得的PGA既能满足医用材料等高端应用的要求,又能满足通用可降解材料的应用要求,是目前大批量生产PGA的主流工艺。但开环聚合工艺路线相对复杂、产品效率低、生产成本较高,目前国内尚未全面突破这一技术,因此高相对分子质量PGA产品还需要进口。

  煤基路线开始落地

  由于技术壁垒高、市场规模小等因素,早先国内PGA产业化速度较慢。随着禁塑令的逐渐推广,我国可降解塑料行业蓬勃发展,PGA作为完全降解塑料备受关注。特别是我国提出大力发展煤基生物可降解材料后,国内项目规划和技术研发加快推进。

  东方证券研报表示,煤制PGA的碳排放远低于煤制烯烃,实现了低碳排放下煤炭转化为基础塑料制品的过程,规避了我国需要煤化工保障自给率但碳排放又过大的矛盾,意义重大。在低端领域使用PGA大量替代现有的聚乙烯和聚丙烯制品,能够将宝贵的烯烃资源更多用于高端材料和精细化工等领域中。我国自主研发的煤基PGA合成路线适合大规模生产且成本较低。煤基PGA生产成本为10111元/吨,低于聚对苯二甲酸—己二酸丁二醇酯(PBAT)和聚乳酸(PLA)的生产成本。若生产企业本身可以提供煤炭资源,PGA的生产成本可降至6681元/吨。

  目前,我国已建成的PGA项目多为小试及中试装置,包括通辽金煤、四川博立、内蒙古浦景等,单套规模不超过3000吨/年。2022年9月,国家能源榆林化工5万吨/年PGA装置建成打通流程;中石油长城能源化工(贵州)一期20万吨/年PGA装置为目前规模最大的在建项目,其他如内蒙古久泰能源、荣信化工、湖北化肥、蒙西煤化工等都有PGA项目规划。

  东方证券预计,随着我国自主研发的煤基工艺路线的落地,PGA将步入产能快速增长期,未来4年我国将新增80万吨PGA产能,且主要来自中国石化、国家能源集团等央企。

  上下游协同推进产业化

  有专家表示,目前国内PGA产业链的下游应用环节产业化程度还不高,特别是在单体制备、注塑、纺丝等关键环节缺少低成本、产业化的厂商支持,造成各类PGA产品造价偏高,制约了产品的大范围推广。

  对此,唐曦建议,PGA行业各方应积极探索通过开展合作,整合优化资源,增强优势互补,共同推动加快产业化进程,促进我国可降解塑料产业高质量发展。

  据介绍,上海东庚PGA技术采用的乙交酯开环聚合法是目前工业化最具前景的合成路线。该公司从催化剂选择、乙交酯纯化、开环聚合工艺到装置的研究、加工及应用都形成了自主专有技术,解决了目前PGA生产过程中遇到的脱水不彻底、裂解反应温度高、产品质量不稳定和加工困难等问题,拓宽了PGA的应用领域,可以获得医用级别PGA,填补国内高端市场空白。

  目前,上海东庚在宁夏宁东基地建设PGA中试项目。该公司正在逐渐优化工艺,完善5万吨级的工艺包,并与其他企业合作开发从煤到乙醇酸再到PGA的全产业链,提高煤化工产品的附加值,降低生产成本。

  唐曦表示,将PGA与聚乙烯、聚丙烯等传统材料结合,可以提升材料的阻隔性,改善材料力学性能;与其他降解材料PLA、PBAT等共混,可以提升PGA的阻隔性,加速降解,增强增韧。上海东庚正在推进PGA树脂的加工工艺和性能改进研究,在注塑、纺丝、吹膜等领域促进PGA产品替代传统石油基材料的发展进程。

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