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本文將主要介紹丙交酯的市場行情、生產制備與技術難點。
聚乳酸“兩步法”制備流程示意圖
目前,國內聚乳酸生產企業的丙交酯主要依賴進口。而國際上有能力生產丙交酯的企業主要是Nature Works和道達爾-科碧恩公司。由于前者不對外銷售,因此我國企業主要是從道達爾-科碧恩公司進口丙交酯。但隨著全球對高品質丙交酯需求量的不斷增長,道達爾-科碧恩也在逐步縮小對外銷售量。
國內外聚乳酸主要生產企業&產能(截至2020年數據)
2020年以來,國內受益于聚乳酸行業的快速發展,聚乳酸現有產能開工率逐漸提升,新增產能加速建設。數據顯示,我國已有百萬噸級聚乳酸產能新增計劃公布待建,目前市場價格在18000元-20000元左右。
用乳酸原料生產丙交酯,主要是利用乳酸先縮聚生成乳酸寡聚體,而后乳酸寡聚體再解聚環化生成丙交酯。
整個過程需要在高溫、負壓以及催化的條件下進行,期間為了提高整體收率,未反應物要回流重復利用,最后通過一定的提純手段獲得合格的丙交酯產品。
丙交酯生產工藝主要包括縮聚、解聚環化和提純幾個單元:
目前生產丙交酯的溫度為140~210°C之間,生產過程中會產生高濃度乳酸,其反應物腐蝕性很強,需要在縮聚、解聚反應器以及物料輸送泵和管道等關鍵單元上,用耐高溫、耐腐蝕的特殊材質,且在負壓環境下材質要有一定的耐久度。
無論是縮聚反應過程中的寡聚乳酸體系,還是解聚反應中的寡聚乳酸體系,在反應過程中流量逐漸減小,黏度逐漸增大,這個過程會顯著阻礙體系生成物的揮發,從而抑制反應向正向進行。
需要采用具有特殊功能的蒸發反應器和泵裝置,克服體系黏度大,反應產物無法及時揮出的障礙。
整個反應須在負壓環境下進行。由于設備較多,系統與外界的接口也多,從而導致系統密封難的特點,需要借助系統真空度較高的真空泵,但真空泵負荷過高容易造成設備老化,故需要經過改良的真空系統來維持整個體系的負壓。
目前,生產丙交酯主流采用金屬催化劑,主要是鋅和錫的化合物,如氧化鋅、辛酸亞錫、氯化亞錫等,當前使用的催化劑主要有以下幾個問題:
1)部分催化劑由于是粉末狀固體,與乳酸難以完全互溶且很難直接加入真空系統,最終影響丙交酯收率。
2)金屬類催化劑易在丙交酯內形成殘留,不利于綠色環保的理念,必須嚴格控制金屬殘留量。
要提高丙交酯綜合收率,須對整個丙交酯工藝路徑進行重新設計,識別每個環節的設備參數對產物綜合收率的影響,從而妥善選擇每個步驟的反應器和反應條件。