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丙交酯是聚乳酸生产过程中的关键原料。当今国内外企业普遍使用“两步法”制造聚乳酸， 即首先将乳酸制成丙交酯，丙交酯再开环聚合成聚乳酸。如果说BDO是PBAT价格的卡脖子问题，那么丙交酯就是PLA产业链的卡脖子之处。

聚乳酸“两步法”制备流程示意图

本文将介绍丙交酯的市场行情、生产制备与技术难点。

一、丙交酯市场行情

作为聚乳酸合成的重要单体，1单位L-丙交酯可以合成0.95单位的聚乳酸，能获得多少吨丙交酯，也就决定了我国企业能生产多少吨聚乳酸。

目前，国内聚乳酸生产企业的丙交酯主要依赖进口。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， 其中前者的丙交酯不对外销售，因此我国的丙交酯主要由道达尔-科碧恩公司提供。而随全球高端聚乳酸产品（包括医用&医美材料、纺织纤维等）对高品质丙交酯需求度的不断增长，道达尔-科碧恩也在逐渐停滞对外销售。

国内外聚乳酸主要生产企业&产能（截至2020年数据）

同时，2020年来，受益聚乳酸行业快速发展，国内聚乳酸现有产能开工率逐渐提升，新增产能加速建设。根据 《聚乳酸生产技术及市场分析》（刘玲等，《化学工业》 （2021,39(03),87-90））数据，2021年后，我国已有百万吨级聚乳酸产能新增计划公布待建。根据中粮科技2021年9月29日投资者问答，丙交酯根据化学光学纯度不同价格差别较大，目前市场价格在18000元-20000元左右。

因此我们测算，至2025年，对应100万吨聚乳酸原材料，或存至少200亿元丙交酯市场规模；至我国目前已公布聚乳酸产能假设可全部投产，则前述市场规模存翻倍可能。而我国目前丙交酯产能不足10万吨，这意味着，我国丙交酯市场同样是一个5年有望增长10倍的高速发展市场，且竞争壁垒较聚乳酸市场更高、入局难度更大，有能力进入丙交酯市场的企业将在行业发展进入成熟期前享有较聚乳酸市场更好的利润分享机制。

二、丙交酯的制备

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：

三、丙交酯生产技术难点

1、反应器材质要求苛刻

目前用于丙交酯的生产温度为140~210°C之间，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用上耐高温、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。同时因为产业化生产要求控制成本，材质的成本不宜过高。

2、反应体系黏度过大

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。

而且体系会形成黏度更大的釜残，釜残在温度降低之后很难采用泵连续排料的方式排出，容易堵塞管道，使整个连续化生产失败。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。

3、反应条件难以控制

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，须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。

此外，体系的热交换方式也要经过慎重选择，高压蒸汽热交换无法达到较高的温度，而导热油或电加热方式又成本较高，且对缸体材料有更高的要求。故该体系的反应条件需要多种设备协调配合或者巧妙设计真空系统。

4、催化剂难以选择

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，南京大学研究团队最新发现有机胍类催化剂和碱金属催化剂也可以用于丙交酯和聚乳酸的生产。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。

3）有机胍类催化剂不含金属元素，是未来极具发展潜力的绿色催化剂，但此类催化剂尚未在世界范围内广泛使用，其化学性能和经济性还有待于在工程放大实验中进一步验证。

5、综合收率难以提高，工艺路径需优化设计

要显著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。目前，用乳酸生产丙交酯主要有以下几个环节影响综合收率: 

1）缩聚反应中难以控制产生5~10个乳酸的寡聚体，一般反应条件下，乳酸倾向于缩聚生成二三乳酸聚合体，而如果水分不能及时蒸出，反应就停留在二三聚体，并使后续解聚反应出现爆溅;而如果水分能够顺利蒸出，又很难控制反应停留在产物为5~10个乳酸寡聚体阶段，极易继续反应生成超过5000Da的乳酸多聚体。 

2）各个环节产生的乳酸、低聚乳酸以及高聚乳酸难以回收利用。这些反应物产生于反应器的各个环节，并且沸点不一，所处的压力环境不一，难以充分回流。而如果浪费掉这些反应物，则丙交酯的综合收率势必会受到影响。