1.课题来源和背景
聚乙醇酸（PGA）又称聚乙交酯，是一种单元碳数最少、具有可完全分解的醋结构、降解速度最快的脂肪族聚醋类高分子材料。PGA 最终降解的产物是对人体和环境无毒无害的 CO2和 H2O，已在美国、欧盟和日本获得可安全生物降解的塑料材料认证。PGA 拥有诸多优异特性，例如气体阻隔性优良、生物相容性极佳、力学强度大等。更重要的是，PGA 生物降解性能突出可同时满足工业堆肥、家庭堆肥以及海水降解的要求。此外，PGA与其他传统塑料（EPS,PP,PE等）共混时，可以诱发显著提升这些材料的降解性能。
根据HIS Markit的研究报道显示，2013-2014年PGA全球市场需求量仅为几百吨，随着工业化装置投产及油气开采领域的应用，2017年需求量增至千吨级。2020年全球PGA需求量上升至约5000吨，全球PGA销售收入约为12.2亿美元，预计2023-2025年间将以5.2%左右的增速增长，到2025年市场规模将达到15.7亿美元以上。目前日本吴羽化学是世界上唯一一家可以大量稳定合成生产 PGA 的公司，占据市场份额的 95%，年收益趋近几十亿美金。
制备高品质聚乙醇酸的“卡脖子”材料为高纯度乙交酯，乙交酯环张力大，在空气、酸、碱及醇等亲核试剂条件下极易分解，目前工艺产率低，提纯难，纯度低，成本高。乙交酯的纯度直接影响聚乙醇酸的整体性能。由于传统工艺的诸多问题，PGA一直没有实现大规模工业化生产，截止至2022年7月，我国聚乙醇酸报建产能不超过0.5万吨，均未实现产业化生产。
发展乙交酯的简洁高效的制备工艺，是合成高分子量PGA的根本所在，也是本项目拟解决的关键科学问题。因此深圳有为通过两步法合成乙交酯的颠覆性创新，大幅度降低PGA的成本，填补我国在该领域的技术空白，带动相关可降解材料的研发与应用，助力国家可持续发展产业升级。
2.技术原理及性能指标
本项目颠覆性创新工艺，第一步催化缩合，自大宗易得的C1原料甲醇和C2原料环氧乙烷(等价物乙二醇)经催化缩合得到中间体化合物；第二步催化氧化羰基化，即由中间体和在氧化催化剂存在下高效转化为乙交酯，工艺全流程不涉及高温高压，生产设备80%属于标准设备，20%属于自主设计后委外加工制造。第三步乙交酯直接开环聚合得到PGA。
本项目两步法制备高纯度乙交酯，具体表现为：
1.大众化原材料，成本低；
2.工艺路线短，无高温高压，无敏感工艺，三废排放，安全环保；
3.高产率，产率大于90%；
4.高纯度，纯度可达99.9%；
5.水含量小于0.03%；
6.酸含量为0.0012mol/100g；
7.无敏感金属添加。
3. 技术的成熟度及适用范围
该项目的技术基础建立在扎实的化学原理以及大量的实验数据急基础之上，科研团队对反应机理进行了深入研究。项目的基础研究在企业内部实验室已取得显著成果。关键技术的反应机理、合成路线以及工艺参数等都经过了系统的理论研究和初步的实验验证。在完成实验室小试后，项目顺利通过了中试阶段，为吨级生产提供了夯实的实验数据。此项目工艺流程极为简短，工艺条件第一步是常温常压水相反应，第二步是常压微温反应，热力学特质十分温和可控，全程无任何贵金属或空气敏感性催化剂参与；今年第三季度迅速完成了“吨级”放大验证，并且在吨级生产阶段已持续5个月，共连续生产30余吨，期间未观察到任何异常现象。
本项目工艺得到乙交酯的纯度高达99.9%以上，产品无任何重金属离子，水含量小于0.03%，酸含量为0.0012mol/100g，所生产的聚合PGA外观色泽洁白，分子量可调控（5万-25万），完全媲美并超越日本吴羽化学公司竞品。
PGA拥有诸多优异特性，例如气体阻隔性优良、 生物相容性极佳、力学强度大、耐高温性能优异等。更重要的是，PGA生物降解性能突出，同时满足工业堆肥、家庭堆肥以及海水降解的要求。它还具有独有的诱发降解的特性，作为共混改性的核心材料，覆盖传统塑料在食品包装和农业生产的相关应用领域。因此，PGA在高端生物医用可降解材料、油气开采、包装、一次性降解材料等领域具有良好的应用与产业化前景。目前，PGA的应用主要表现在生物医学和石油开采两个方面。其中，生物医学领域的应用主要表现在医用缝合线、药物控释载体、骨折固定材料、组织工程支架、缝合补强材料等；石油开采领域的应用是 PGA 能够作为水力压裂过程中的可降解工具或助剂，如压裂球、桥塞以及可降解暂堵剂等。
深圳创新创业大赛作为国内知名的创新创业赛事，汇聚了众多优秀的创业项目和团队，本项目2023年在第十五届中国深圳创新创业大赛中脱颖而出荣获优秀奖。

1.王智刚  2.邢祥友  3.金明宇