PGA物理性能優異引領下游應用革新，高阻隔膜袋類制品成新寵
核心提示：6月30日，國家能源集團榆林化工有限公司（以下簡稱“國能榆林化工”）20萬噸/年聚乙醇酸（PGA）項目在榆林經開區清水工業園區開
6月30日，國家能源集團榆林化工有限公司（以下簡稱“國能榆林化工”）20萬噸/年聚乙醇酸（PGA）項目在榆林經開區清水工業園區開工建設。
該項目位于陜西省榆林市榆神工業區清水工業園北區，總投資約72億元，工藝裝置主要包括35萬噸/年乙醇酸甲酯（MG）裝置和2×10萬噸/年PGA裝置，建設內容包括甲醛、甲縮醛、羰化、水解、預聚、成環、提純、聚合成型、包裝等工藝單元，計劃于2027年全面建成投產。
聚乙醇酸（PGA）是目前已知的降解性能最好的高分子材料，廣泛應用于農業、石油開采、塑料消耗品，給“白色污染”找到“綠色出口”。同時，由于PGA還具有優異的生物相容性，能在人體內降解成水和二氧化碳，近年來受到生物醫藥行業的高度關注。部分高端PGA材料被用于制造手術縫合線、藥物傳送載體、移植支架等醫療用品，為萬千患者送去福音。
1、三大應用，兩大工藝
PGA是一種單元碳數最少、降解速度最快的脂肪族聚酯類高分子材料，也是少數幾種在海洋環境中快速降解的高分子材料，其降解的產物為水和CO2，對環境無害。PGA擁有良好的生物相容性、極高的機械強度和優異汽氧阻隔性三大特點，其用途主要在三個方面：
一是高端醫用材料，如醫療外科手術縫合線、骨折內固定、組織工程修復材料及藥物控制釋放體系等；
二是環境友好的封堵材料，如原油開采中的壓裂球或暫堵球（橋塞），代替鎂鋁合金材質；
三是一次性塑料透氣薄膜，如保鮮包裝和農用膜材料，替代現有多種塑料。
在生物降解賽道，相比于目前主流的PLA、PBAT、PBS等材料，PGA具有諸多突出的性能：①耐熱溫度高，熔點為220~230℃，在所有使用的生物可降解高分子材料中最高；②強度和模量高，超過聚醚醚酮、聚苯硫醚高性能工程塑料;③降解速度快；④高阻隔性；⑤耐溶劑性強。但目前PGA價格相對比較高昂，市場供應量較小，因此在很長一段時間內主要應用于手術縫合線、組織工程等高端的生物醫療領域。
制備PGA的原料既可以來自于生物質也可以來自化石原料。PGA工業化成熟度較高的制備技術是乙醇酸（酯）縮聚法和乙交酯開環聚合法。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。
隨著我國對不可降解塑料管控力度的加大，各領域對生物降解材料的需求日益增加，從而開發了一系列環境友好、成本低廉、性能優異的PGA合成工藝，如煤制草酸二甲酯中間體制PGA。目前我國在建PGA生產裝置，主要通過煤制氣，經草酸二甲酯加氫制備乙醇酸甲酯，再經過直接聚合或乙交酯聚合生產。其中應用較多的是乙交酯開環聚合法。
2、PGA物理性能優異，下游應用廣泛
PGA的應用主要表現在生物醫學和生態學兩個方面。生物醫學應用主要表現在醫用縫合線、藥物控釋載體、骨折固定材料、組織工程支架、縫合補強材料等；生態學上的應用是作為對環境有益的完全可生物降解性塑料，用來取代傳統塑料工業中不可降解的塑料。
（1）高阻隔膜袋類制品
PGA阻隔性能優異，但韌性不足。對此通過與其它生物可降解塑料如PBAT、PLA等共混改性，制備出高阻隔性的吹膜制品，包括農用地膜、超市購物袋、垃圾袋等。
由于PGA擁有優異的氣體阻隔性及完全生物降解性，加入PGA可顯著提高阻隔效果，滿足各種包裝的要求，使PGA成為各類碳酸飲料、啤酒瓶和防腐食品包裝的理想選擇。將PGA放在中間層可隔絕其與外界的接觸，在體現其高阻隔性的同時還能顯著延長產品貨架期，是揚長避短的一種應用方式。
（2）紡絲制品
PGA纖維柔軟舒適，且具有天然抗菌性，不利于細菌的繁殖和生長，作為紡織材料，可用于制作襯墊物、尿不濕、衛生巾、服裝和裝飾織物。
（3）生物醫療
PGA易水解，降解產物乙醇酸是機體代謝的中間產物，與人體生物相容性好，而且PGA具有良好的力學強度和生物降解性能，降解速度可控。因此，PGA在生物醫學工程領域有廣泛的用途，通常作為新型可吸收、可崩解材料廣泛應用于可吸收手術縫合線、腸道吻合環、人造皮膚和血管、骨骼固定及修復、藥物控制釋放、組織工程支架等高端新型醫療器械材料領域。
（4)油氣開采
PGA優良的機械性能和出色的可降解性特性，使其能作為油氣開采組件，在石油及頁巖氣開采領域存在潛在廣泛應用。暫堵劑、壓裂球、橋塞等均屬于油氣開采領域的耗材，其要求相關制品具有較高的抗壓強度，快速的降解性能。而PGA的特點剛好滿足這些方面的需求。通過調整配方開發的多種用于油氣開采領域的PGA改性料，可以采用不同的成型工藝制備出多種油氣開采領域的耗材制品。
(5)一次性可降解餐具
PGA力學性能優，降解速度快，易于加工成型，可注塑加工成一次性餐具，包括一次性餐盒、刀、叉、盤、杯等。
(6)海洋降解
海洋降解是PGA的特點之一，并且目前全生物降解材料中，能夠海洋降解的材料并不多。PGA的海洋降解特性可以滿足一部分塑料制品這方面的需求。因此，PGA可應用于海洋捕撈漁網、一次性海洋用塑料器具、海洋降解添加助劑、緩釋肥料外包裹材料等。
3、PGA產業化任重道遠，痛點問題亟待解決
國內PGA生產規模較小，掌握核心生產技術的企業不多，這與PGA下游應用市場還未完全打開有關。規劃中的項目受到技術、市場、政策等因素的影響普遍進度緩慢；已建成的項目如四川博立生物，也因為下游應用端的壁壘而未滿產運行。
(1)共混加工困難
由于PGA熔點遠高于其他可降解高聚物加工溫度，導致PGA與其他可降解材料共混產品性能受到影響。而且PGA極性強，與非極性的PP（聚丙烯）、PE（聚乙烯）等傳統塑料易分相，不能共混加工。要想降低PGA生產成本，擴展其下游應用，需對PGA進行改性加工。
(2)下游行業相對不成熟
整體來看PGA行業國內的幾大類市場都還沒形成完善的產業鏈，制約了PGA的需求。主要體現在醫用縫合線市場被國外產商壟斷、油氣開采領域國內還沒形成成熟的應用、包裝及環保制品受限于價格和產能。目前只有在降解膜用方面使用才有較大的市場和較好的生態保護效益，其市場依賴與其它聚酯類降解材料性能互補發展。
(3)政策層面受環保限制
PGA生產工藝中有危險工藝的環節，特別是單體制備及提純環節，存在危險物管理和排污處理等問題。在目前各級政府對環保和安全要求都非常嚴格的環境下，對企業的投資規模、管理水平和技術水平提出了較高的要求。
(4)關鍵工藝產業化程度欠缺
目前PGA產業鏈的各個環節產業化程度都不高，特別是在單體制備、注塑、紡絲等關鍵環節缺少低成本、產業化的廠商支持，造成各類PGA產品造價偏高，推廣難度較大。
高分子量的PGA通過乙交酯單體開環聚合而成，而乙交酯的品質直接決定了PGA的分子量大小和整體性能。乙交酯通過脫水縮聚、高溫裂解、提純等環節制備獲得。高純度、低成本的乙交酯生產工藝是整個PGA產業鏈最核心的關鍵環節之一。
在中國最大的石化企業——中石化和中國最大的煤化工企業——國家能源集團兩大巨頭的帶頭推動以及國家相關政策的支持下，中國聚乙醇酸(PGA)行業將得到較為快速的發展，成為聚乳酸、PBAT/PBS之外重要的生物降解塑料分支，為解決“白色污染”貢獻一己之力。
2013—2014年PGA全球市場需求量僅為幾百噸，隨著工業化裝置投產及油氣開采領域的應用，2017年需求量增至千噸級。2020年全球PGA需求量上升至約5000噸，全球PGA銷售收入約為12.2億美元，預計2023—2025年間將以5.2%左右的增速增長，到2025年市場規模將達到15.7億美元以上；若考慮到生物降解塑料當前在一次性產品上的拓展應用，PGA或有百萬噸待開發市場。
盡管目前我國已建成的PGA項目多為實驗室小試及中試裝置，規模不超過3000噸/年。但近兩年隨著我國自主研發的煤基工藝路線的落地，PGA已步入產能快速增長期。在中國石化和國家能源集團等企業的推動下，我國PGA行業正積極發展。隨著擬、在建項目的落地，我國PGA產能將持續攀升，PGA將逐漸實現國產化，市場規模也將不斷擴大。
文章來源： 中國化工信息周刊，生物降解材料研究院
原文鏈接：https://www.xianjichina.com/special/detail_551565.html
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該項目位于陜西省榆林市榆神工業區清水工業園北區，總投資約72億元，工藝裝置主要包括35萬噸/年乙醇酸甲酯（MG）裝置和2×10萬噸/年PGA裝置，建設內容包括甲醛、甲縮醛、羰化、水解、預聚、成環、提純、聚合成型、包裝等工藝單元，計劃于2027年全面建成投產。
聚乙醇酸（PGA）是目前已知的降解性能最好的高分子材料，廣泛應用于農業、石油開采、塑料消耗品，給“白色污染”找到“綠色出口”。同時，由于PGA還具有優異的生物相容性，能在人體內降解成水和二氧化碳，近年來受到生物醫藥行業的高度關注。部分高端PGA材料被用于制造手術縫合線、藥物傳送載體、移植支架等醫療用品，為萬千患者送去福音。
1、三大應用，兩大工藝
PGA是一種單元碳數最少、降解速度最快的脂肪族聚酯類高分子材料，也是少數幾種在海洋環境中快速降解的高分子材料，其降解的產物為水和CO2，對環境無害。PGA擁有良好的生物相容性、極高的機械強度和優異汽氧阻隔性三大特點，其用途主要在三個方面：
一是高端醫用材料，如醫療外科手術縫合線、骨折內固定、組織工程修復材料及藥物控制釋放體系等；
二是環境友好的封堵材料，如原油開采中的壓裂球或暫堵球（橋塞），代替鎂鋁合金材質；
三是一次性塑料透氣薄膜，如保鮮包裝和農用膜材料，替代現有多種塑料。
在生物降解賽道，相比于目前主流的PLA、PBAT、PBS等材料，PGA具有諸多突出的性能：①耐熱溫度高，熔點為220~230℃，在所有使用的生物可降解高分子材料中最高；②強度和模量高，超過聚醚醚酮、聚苯硫醚高性能工程塑料;③降解速度快；④高阻隔性；⑤耐溶劑性強。但目前PGA價格相對比較高昂，市場供應量較小，因此在很長一段時間內主要應用于手術縫合線、組織工程等高端的生物醫療領域。
制備PGA的原料既可以來自于生物質也可以來自化石原料。PGA工業化成熟度較高的制備技術是乙醇酸（酯）縮聚法和乙交酯開環聚合法。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。
隨著我國對不可降解塑料管控力度的加大，各領域對生物降解材料的需求日益增加，從而開發了一系列環境友好、成本低廉、性能優異的PGA合成工藝，如煤制草酸二甲酯中間體制PGA。目前我國在建PGA生產裝置，主要通過煤制氣，經草酸二甲酯加氫制備乙醇酸甲酯，再經過直接聚合或乙交酯聚合生產。其中應用較多的是乙交酯開環聚合法。
2、PGA物理性能優異，下游應用廣泛
PGA的應用主要表現在生物醫學和生態學兩個方面。生物醫學應用主要表現在醫用縫合線、藥物控釋載體、骨折固定材料、組織工程支架、縫合補強材料等；生態學上的應用是作為對環境有益的完全可生物降解性塑料，用來取代傳統塑料工業中不可降解的塑料。
（1）高阻隔膜袋類制品
PGA阻隔性能優異，但韌性不足。對此通過與其它生物可降解塑料如PBAT、PLA等共混改性，制備出高阻隔性的吹膜制品，包括農用地膜、超市購物袋、垃圾袋等。
由于PGA擁有優異的氣體阻隔性及完全生物降解性，加入PGA可顯著提高阻隔效果，滿足各種包裝的要求，使PGA成為各類碳酸飲料、啤酒瓶和防腐食品包裝的理想選擇。將PGA放在中間層可隔絕其與外界的接觸，在體現其高阻隔性的同時還能顯著延長產品貨架期，是揚長避短的一種應用方式。
（2）紡絲制品
PGA纖維柔軟舒適，且具有天然抗菌性，不利于細菌的繁殖和生長，作為紡織材料，可用于制作襯墊物、尿不濕、衛生巾、服裝和裝飾織物。
（3）生物醫療
PGA易水解，降解產物乙醇酸是機體代謝的中間產物，與人體生物相容性好，而且PGA具有良好的力學強度和生物降解性能，降解速度可控。因此，PGA在生物醫學工程領域有廣泛的用途，通常作為新型可吸收、可崩解材料廣泛應用于可吸收手術縫合線、腸道吻合環、人造皮膚和血管、骨骼固定及修復、藥物控制釋放、組織工程支架等高端新型醫療器械材料領域。
（4)油氣開采
PGA優良的機械性能和出色的可降解性特性，使其能作為油氣開采組件，在石油及頁巖氣開采領域存在潛在廣泛應用。暫堵劑、壓裂球、橋塞等均屬于油氣開采領域的耗材，其要求相關制品具有較高的抗壓強度，快速的降解性能。而PGA的特點剛好滿足這些方面的需求。通過調整配方開發的多種用于油氣開采領域的PGA改性料，可以采用不同的成型工藝制備出多種油氣開采領域的耗材制品。
(5)一次性可降解餐具
PGA力學性能優，降解速度快，易于加工成型，可注塑加工成一次性餐具，包括一次性餐盒、刀、叉、盤、杯等。
(6)海洋降解
海洋降解是PGA的特點之一，并且目前全生物降解材料中，能夠海洋降解的材料并不多。PGA的海洋降解特性可以滿足一部分塑料制品這方面的需求。因此，PGA可應用于海洋捕撈漁網、一次性海洋用塑料器具、海洋降解添加助劑、緩釋肥料外包裹材料等。
3、PGA產業化任重道遠，痛點問題亟待解決
國內PGA生產規模較小，掌握核心生產技術的企業不多，這與PGA下游應用市場還未完全打開有關。規劃中的項目受到技術、市場、政策等因素的影響普遍進度緩慢；已建成的項目如四川博立生物，也因為下游應用端的壁壘而未滿產運行。
(1)共混加工困難
由于PGA熔點遠高于其他可降解高聚物加工溫度，導致PGA與其他可降解材料共混產品性能受到影響。而且PGA極性強，與非極性的PP（聚丙烯）、PE（聚乙烯）等傳統塑料易分相，不能共混加工。要想降低PGA生產成本，擴展其下游應用，需對PGA進行改性加工。
(2)下游行業相對不成熟
整體來看PGA行業國內的幾大類市場都還沒形成完善的產業鏈，制約了PGA的需求。主要體現在醫用縫合線市場被國外產商壟斷、油氣開采領域國內還沒形成成熟的應用、包裝及環保制品受限于價格和產能。目前只有在降解膜用方面使用才有較大的市場和較好的生態保護效益，其市場依賴與其它聚酯類降解材料性能互補發展。
(3)政策層面受環保限制
PGA生產工藝中有危險工藝的環節，特別是單體制備及提純環節，存在危險物管理和排污處理等問題。在目前各級政府對環保和安全要求都非常嚴格的環境下，對企業的投資規模、管理水平和技術水平提出了較高的要求。
(4)關鍵工藝產業化程度欠缺
目前PGA產業鏈的各個環節產業化程度都不高，特別是在單體制備、注塑、紡絲等關鍵環節缺少低成本、產業化的廠商支持，造成各類PGA產品造價偏高，推廣難度較大。
高分子量的PGA通過乙交酯單體開環聚合而成，而乙交酯的品質直接決定了PGA的分子量大小和整體性能。乙交酯通過脫水縮聚、高溫裂解、提純等環節制備獲得。高純度、低成本的乙交酯生產工藝是整個PGA產業鏈最核心的關鍵環節之一。
在中國最大的石化企業——中石化和中國最大的煤化工企業——國家能源集團兩大巨頭的帶頭推動以及國家相關政策的支持下，中國聚乙醇酸(PGA)行業將得到較為快速的發展，成為聚乳酸、PBAT/PBS之外重要的生物降解塑料分支，為解決“白色污染”貢獻一己之力。
2013—2014年PGA全球市場需求量僅為幾百噸，隨著工業化裝置投產及油氣開采領域的應用，2017年需求量增至千噸級。2020年全球PGA需求量上升至約5000噸，全球PGA銷售收入約為12.2億美元，預計2023—2025年間將以5.2%左右的增速增長，到2025年市場規模將達到15.7億美元以上；若考慮到生物降解塑料當前在一次性產品上的拓展應用，PGA或有百萬噸待開發市場。
盡管目前我國已建成的PGA項目多為實驗室小試及中試裝置，規模不超過3000噸/年。但近兩年隨著我國自主研發的煤基工藝路線的落地，PGA已步入產能快速增長期。在中國石化和國家能源集團等企業的推動下，我國PGA行業正積極發展。隨著擬、在建項目的落地，我國PGA產能將持續攀升，PGA將逐漸實現國產化，市場規模也將不斷擴大。
文章來源： 中國化工信息周刊，生物降解材料研究院
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來源：賢集網
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