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1.課題來源和背景
聚乙醇酸（PGA）又稱聚乙交酯，是一種單元碳數(shù)最少、具有可完全分解的醋結(jié)構(gòu)、降解速度最快的脂肪族聚醋類高分子材料。PGA 最終降解的產(chǎn)物是對人體和環(huán)境無毒無害的 CO2和 H2O，已在美國、歐盟和日本獲得可安全生物降解的塑料材料認證。PGA 擁有諸多優(yōu)異特性，例如氣體阻隔性優(yōu)良、生物相容性極佳、力學(xué)強度大等。更重要的是，PGA 生物降解性能突出可同時滿足工業(yè)堆肥、家庭堆肥以及海水降解的要求。此外，PGA與其他傳統(tǒng)塑料（EPS,PP,PE等）共混時，可以誘發(fā)顯著提升這些材料的降解性能。
根據(jù)HIS Markit的研究報道顯示，2013-2014年P(guān)GA全球市場需求量僅為幾百噸，隨著工業(yè)化裝置投產(chǎn)及油氣開采領(lǐng)域的應(yīng)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(yù)計2023-2025年間將以5.2%左右的增速增長，到2025年市場規(guī)模將達到15.7億美元以上。目前日本吳羽化學(xué)是世界上唯一一家可以大量穩(wěn)定合成生產(chǎn) PGA 的公司，占據(jù)市場份額的 95%，年收益趨近幾十億美金。
制備高品質(zhì)聚乙醇酸的“卡脖子”材料為高純度乙交酯，乙交酯環(huán)張力大，在空氣、酸、堿及醇等親核試劑條件下極易分解，目前工藝產(chǎn)率低，提純難，純度低，成本高。乙交酯的純度直接影響聚乙醇酸的整體性能。由于傳統(tǒng)工藝的諸多問題，PGA一直沒有實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，截止至2022年7月，我國聚乙醇酸報建產(chǎn)能不超過0.5萬噸，均未實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。
發(fā)展乙交酯的簡潔高效的制備工藝，是合成高分子量PGA的根本所在，也是本項目擬解決的關(guān)鍵科學(xué)問題。因此深圳有為通過兩步法合成乙交酯的顛覆性創(chuàng)新，大幅度降低PGA的成本，填補我國在該領(lǐng)域的技術(shù)空白，帶動相關(guān)可降解材料的研發(fā)與應(yīng)用，助力國家可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)業(yè)升級。
2.技術(shù)原理及性能指標(biāo)
本項目顛覆性創(chuàng)新工藝，第一步催化縮合，自大宗易得的C1原料甲醇和C2原料環(huán)氧乙烷(等價物乙二醇)經(jīng)催化縮合得到中間體化合物；第二步催化氧化羰基化，即由中間體和在氧化催化劑存在下高效轉(zhuǎn)化為乙交酯，工藝全流程不涉及高溫高壓，生產(chǎn)設(shè)備80%屬于標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，20%屬于自主設(shè)計后委外加工制造。第三步乙交酯直接開環(huán)聚合得到PGA。
本項目兩步法制備高純度乙交酯，具體表現(xiàn)為：
1.大眾化原材料，成本低；
2.工藝路線短，無高溫高壓，無敏感工藝，三廢排放，安全環(huán)保；
3.高產(chǎn)率，產(chǎn)率大于90%；
4.高純度，純度可達99.9%；
5.水含量小于0.03%；
6.酸含量為0.0012mol/100g；
7.無敏感金屬添加。
3. 技術(shù)的成熟度及適用范圍
該項目的技術(shù)基礎(chǔ)建立在扎實的化學(xué)原理以及大量的實驗數(shù)據(jù)急基礎(chǔ)之上，科研團隊對反應(yīng)機理進行了深入研究。項目的基礎(chǔ)研究在企業(yè)內(nèi)部實驗室已取得顯著成果。關(guān)鍵技術(shù)的反應(yīng)機理、合成路線以及工藝參數(shù)等都經(jīng)過了系統(tǒng)的理論研究和初步的實驗驗證。在完成實驗室小試后，項目順利通過了中試階段，為噸級生產(chǎn)提供了夯實的實驗數(shù)據(jù)。此項目工藝流程極為簡短，工藝條件第一步是常溫常壓水相反應(yīng)，第二步是常壓微溫反應(yīng)，熱力學(xué)特質(zhì)十分溫和可控，全程無任何貴金屬或空氣敏感性催化劑參與；今年第三季度迅速完成了“噸級”放大驗證，并且在噸級生產(chǎn)階段已持續(xù)5個月，共連續(xù)生產(chǎn)30余噸，期間未觀察到任何異?，F(xiàn)象。
本項目工藝得到乙交酯的純度高達99.9%以上，產(chǎn)品無任何重金屬離子，水含量小于0.03%，酸含量為0.0012mol/100g，所生產(chǎn)的聚合PGA外觀色澤潔白，分子量可調(diào)控（5萬-25萬），完全媲美并超越日本吳羽化學(xué)公司競品。
PGA擁有諸多優(yōu)異特性，例如氣體阻隔性優(yōu)良、 生物相容性極佳、力學(xué)強度大、耐高溫性能優(yōu)異等。更重要的是，PGA生物降解性能突出，同時滿足工業(yè)堆肥、家庭堆肥以及海水降解的要求。它還具有獨有的誘發(fā)降解的特性，作為共混改性的核心材料，覆蓋傳統(tǒng)塑料在食品包裝和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域。因此，PGA在高端生物醫(yī)用可降解材料、油氣開采、包裝、一次性降解材料等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)化前景。目前，PGA的應(yīng)用主要表現(xiàn)在生物醫(yī)學(xué)和石油開采兩個方面。其中，生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用主要表現(xiàn)在醫(yī)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；石油開采領(lǐng)域的應(yīng)用是 PGA 能夠作為水力壓裂過程中的可降解工具或助劑，如壓裂球、橋塞以及可降解暫堵劑等。
深圳創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽作為國內(nèi)知名的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)賽事，匯聚了眾多優(yōu)秀的創(chuàng)業(yè)項目和團隊，本項目2023年在第十五屆中國深圳創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽中脫穎而出榮獲優(yōu)秀獎。

1.王智剛  2.邢祥友  3.金明宇