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用二氧化碳合成的可降解塑料(PPC)简介及利润分析
二氧化碳既是一种工业废气,也是造成全球变暖的主要因素之一。2017年,全球化石燃料及工业二氧化碳排放总量达368亿t。其中,中国碳排放量在100亿t左右,二氧化碳的大量排放,得不到循环利用,因而造成了严重的温室效应。
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二氧化碳又是一种廉价的碳资源,利用二氧化碳制备有机高分子材料,不经过碳的还原过程,产品代替传统石油基产品,能够降低石油资源消耗,具有重要的经济、环保及科学意义。因此,二氧化碳的有效利用成为当今的研究热点之一。

聚碳酸亚丙酯简称 PPC (Polypropylene carbonate ),是由二氧化碳(CO2)和环氧丙烷合成的脂肪族聚酯,因其合成过程可直接消耗CO2且具有完全生物降解等优点,受到越来越多的关注。


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PPC作为的一种新型的热塑性聚合物,具有生物相容性好、阻隔性高、抗冲击韧性、透明性和无毒性等一系列优良特点。因此它的广泛使用对于人类环保和新资源的开发具有实际意义。


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一、1969年 日本人 井上祥平 
首次合成PPC


1969年,井上祥平首次发现,在二乙基锌-水催化体系催化下,二氧化碳与环氧化物共聚可制备聚碳酸酯。

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它由二氧化碳和环氧丙烷在一定条件下聚合而成的一种聚合物,在反应过程中反应的温度和时间、CO2的压力、溶剂等都会对共聚反应产生影响。其中CO2的压力与共聚物的产率和分子量成正比,其最佳范围在0.1~1.5MPa之间。


温度对反应影响很大,反应温度与反应速率和产率正相关,但温度如果过高会使生成的聚合物的分子量下降,也会对催化剂的活性产生影响,所以要综合各种因素来合理控制反应的温度。

改反应介质是一般为环氧丙烷,因为其溶解性能较好,不仅可以提高聚合物的分子量,还可以回收再利用。

二、PPC的工业化生产


经过40多年的研究开发,相关研究取得了长足进展,特别是二氧化碳环氧丙烷共聚物——聚碳酸亚丙酯(PPC)的开发,其具有生物降解特性,可代替聚乙烯、聚丙烯等制备一次性使用材料。国内外先后建立一系列PPC的生产线,PPC逐步走向工业化应用。


在二十世纪七十年代开始,亚欧各国开展了大量研究,逐步实现聚碳酸亚丙酯共聚物的应用,并最终实现了工业化。


中国PPC的产业要从90年代就开始,其中中科院成为国内聚碳酸亚丙酯重要研究机构,并且也是国内首先工业化的研发机构。(▲ 以下数据来源化工平头哥)


▲ 内蒙古蒙西高新技术有限公司0.2万吨装置于2002年投产,采用中科院长春研究所技术,这也是国内首套PPC装置。
▲ 河南天冠企业集团有限公司0.5万吨/年装置于2005年投产,采用中山大学生产工艺。

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▲ 中国科学院广州化学研究所0.2万吨装置于2007年3月投产,采用中科院广州研究所工艺。
▲ 海南东方中海石化公司0.3万吨装置,于2008年6月投产。
▲ 江苏中科金龙化工股份有限公司2.2万吨装置,于2009年8月投产运行,该公司5万吨/年装置于2012年投产运行。
▲ 浙江温岭邦丰有限公司3万吨/年,于2013年9月投产运行,该公司主要资源以出口为主。并且该公司计划新增10万吨/年装置,投产后,公司产能将扩至13万吨/年左右,新增装置计划在2021年前后投产运行。
▲ 另外,博大东方新型化工(吉林)有限公司新增的30万吨/年装置,其中一期5万吨/年计划2020年前后投产,二期项目计划在2025年前后投产,目前该项目在2017年4月奠基,该项目投产后,将成为国内工业化规模最大的聚碳酸亚丙酯项目。

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三、PPC有利可图吗?经济效益如何?
——利润率约在110%左右!

根据化工平头哥的调查数据,国内PPC的生产企业,其中物料平衡一般控制在1吨PPC需要

0.2-0.4吨二氧化碳(CO2)、
0.6-0.7吨 环氧丙烷(PO),
0.1-0.2吨的引发剂聚醚。

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注:PPC简化物料平衡表

 

由于最近PO价格疯涨,目前PO售价已经接近1.7万元/吨,而二氧化碳价格相对稳定,在470-500元/吨区间。而根据PPC市场价格约在2.5万元/吨前后计算,生产1吨PPC可以产生接近1.3万元的利润,利润率约在110%左右。(数据来源化工平头哥)不过根据中国塑料协会降解专委会的监测,目前PPC市场均价大约为2.1万元/吨。


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此利润计算为相对粗犷的利润计算模式,其中并未包含管理费用、财务费用、折旧及其他费用。但是无论怎样,PPC的生产保持相对较高的利润空间。


然而 PPC 的价格较高、玻璃化温度较低、力学性能和热稳定性能较差,加工和流动性差,这些缺点正严重限制了它的推广应用。因此有必要对聚碳酸亚丙酯进行改性。


资料参考 | 

[1]陈灵志.聚碳酸亚丙酯的研究进展[J].化学工程与装备,2017(07):219-221.

[2]程梦平,李昭,刘保华,宋丽娜.聚碳酸亚丙酯降解与稳定性的研究进展[J].合成树脂及塑料,2019,36(01):80-85.

[3]化工平头哥

转载于 | 生物降解材料研究院


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此外,对现有通用塑料如LDPE薄膜、PP注塑制品的替代,由于生物降解材料本身的特性,对片材,注塑,薄膜,吹塑,热成型设备有不同的要求,也会有更新换代的机会。为此艾邦建有生物降解塑料微信交流群,金发、海正生物、吉林中粮、蓝山屯河、中石化、九江科院、金晖兆隆、光华伟业,禾尔斯、科碧恩等企业已加入,欢迎加入一起交流探讨!

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