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本文将主要介绍丙交酯的市场行情、生产制备与技术难点。
聚乳酸“两步法”制备流程示意图
目前,国内聚乳酸生产企业的丙交酯主要依赖进口。而国际上有能力生产丙交酯的企业主要是Nature Works和道达尔-科碧恩公司。由于前者不对外销售,因此我国企业主要是从道达尔-科碧恩公司进口丙交酯。但随着全球对高品质丙交酯需求量的不断增长,道达尔-科碧恩也在逐步缩小对外销售量。
国内外聚乳酸主要生产企业&产能(截至2020年数据)
2020年以来,国内受益于聚乳酸行业的快速发展,聚乳酸现有产能开工率逐渐提升,新增产能加速建设。数据显示,我国已有百万吨级聚乳酸产能新增计划公布待建,目前市场价格在18000元-20000元左右。
用乳酸原料生产丙交酯,主要是利用乳酸先缩聚生成乳酸寡聚体,而后乳酸寡聚体再解聚环化生成丙交酯。
整个过程需要在高温、负压以及催化的条件下进行,期间为了提高整体收率,未反应物要回流重复利用,最后通过一定的提纯手段获得合格的丙交酯产品。
丙交酯生产工艺主要包括缩聚、解聚环化和提纯几个单元:
目前生产丙交酯的温度为140~210°C之间,生产过程中会产生高浓度乳酸,其反应物腐蚀性很强,需要在缩聚、解聚反应器以及物料输送泵和管道等关键单元上,用耐高温、耐腐蚀的特殊材质,且在负压环境下材质要有一定的耐久度。
无论是缩聚反应过程中的寡聚乳酸体系,还是解聚反应中的寡聚乳酸体系,在反应过程中流量逐渐减小,黏度逐渐增大,这个过程会显著阻碍体系生成物的挥发,从而抑制反应向正向进行。
需要采用具有特殊功能的蒸发反应器和泵装置,克服体系黏度大,反应产物无法及时挥出的障碍。
整个反应须在负压环境下进行。由于设备较多,系统与外界的接口也多,从而导致系统密封难的特点,需要借助系统真空度较高的真空泵,但真空泵负荷过高容易造成设备老化,故需要经过改良的真空系统来维持整个体系的负压。
目前,生产丙交酯主流采用金属催化剂,主要是锌和锡的化合物,如氧化锌、辛酸亚锡、氯化亚锡等,当前使用的催化剂主要有以下几个问题:
1)部分催化剂由于是粉末状固体,与乳酸难以完全互溶且很难直接加入真空系统,最终影响丙交酯收率。
2)金属类催化剂易在丙交酯内形成残留,不利于绿色环保的理念,必须严格控制金属残留量。
要提高丙交酯综合收率,须对整个丙交酯工艺路径进行重新设计,识别每个环节的设备参数对产物综合收率的影响,从而妥善选择每个步骤的反应器和反应条件。