有机玻璃有多厚的(2023年，PMMA的化学循环能否如愿丰收？)

Posted 2023-05-29

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有机玻璃有多厚的(2023年，PMMA的化学循环能否如愿丰收？)

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聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)是一种多功能高分子聚合物，又称作有机玻璃或亚克力，具有高透明度，低价格，易于机械加工等优点，是一种很好的玻璃替代材料。

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市场情况

PMMA具有质轻、价廉、成型工艺简单等优点。溶于有机溶剂如苯甲醚等，具有良好的介电性能，可以作为有机场效应管的介质层。

它的成型方法有浇铸，射出成型，机械加工、热成型等。尤其是射出成型，可以大批量生产，工艺简单，成本低。因此，其应用日趋广泛，尤其适合应用于仪器仪表零件、汽车车灯、光学镜片、透明管道、标牌、装饰、电子屏幕等。

在其应用广泛的同时，PMMA的废弃物也逐渐增多，据2021年发表在《Polymers》杂志上的一篇文章《Risk Analysis on PMMA Recycling Economics》统计，预计到2025年，全球PMMA的市场规模约为400万吨/年，到2027年其年产值将达到60亿美元。MMAtwo财团估计，在欧洲，PMMA的废弃物大约占其生产总量的10%，约3万吨/年，而其回收总量约8000吨/年，且大部分（70%）来自PMMA的消费前废弃物（边角料、废料、不合格品等）。

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加工工艺

与其他塑料相比，PMMA和MMA的市场需求量相对较小，其关注度也不高。尽管如此，在1945年，也就是PMMA被首次合成仅17年之后，Gem Participations就为“热浴工艺”申请了专利，以将“有机玻璃”废料解聚回单体。由于其较高的价格（例如与聚烯烃等大容量塑料相比），一些公司和学术团体开始研究如何将PMMA化学回收到MMA单体。

在350℃下，PMMA开始热解成MMA，纯PMMA在450℃下可完全解聚成MMA单体。热化学技术应运而生，主要有干馏、熔融金属、转鼓、流化床等工艺。

“干馏”工艺在印度、中国、巴西等几个国家普遍采用。该工艺是将PMMA废料装入罐中，直接用燃烧器加热，当没有更多的裂解产品排放时，装置冷却后再重新加载。粗 MMA 是得到浓缩和提纯的粗MMA单体。

“转鼓”工艺是干馏的一种变体，它可以连续运行，但大多数时候是一个批处理过程。PMMA废料装载在旋转圆筒中，提供了一种材料的混合，并避免了干馏的一个缺点（避免加热过程中形成的炭层限制传热）。

“搅拌罐”工艺是干馏的另一种变体，主要是在反应器中使用搅拌器以更好地传热和传质。

“熔融金属”工艺最常使用熔融铅，但也可以使用锡或锌。熔融金属具有高比热，可有效传递到PMMA。当这些装置正常运行时，不会对产品和环境造成污染。然而，当处理低质量的废料时，会产生大量的固体残留物，并被使用的金属污染。这会产生额外的成本来妥善处理它们。这项技术仍在多个国家/地区运行，包括意大利、西班牙、埃及和东南亚。

“流化床”工艺涉及双流化床循环反应器系统。热砂在解聚反应器和再生器之间循环，在再生器中碳沉积物被燃烧，砂被重新加热。尽管已经研究了几种变体，但该方法已在相当大的范围内进行了试点，但尚未工业化。其他技术正在开发中，例如使用微波、焦耳效应（欧姆加热）和感应加热。

今天使用的所有工艺都包括废料预处理（破碎、聚乙烯薄膜和 PVC 部件的分离）、冷凝和纯化部分。不同地点的纯化水平差异很大，产品纯度也不相同。部分工艺再生MMA含量低至91wt%，某些工艺纯度可达到99.8 wt%。

纯化步骤的顺序取决于常见的杂质和再生MMA生产者的目标。蒸馏可以采用单塔的间歇模式或采用双塔连续模式进行，在某些情况下还可以进行额外的纯化步骤，例如洗涤步骤和脱水步骤。

由于纯度不同，因此，再生MMA的市场价值并不相同。

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行业动态

1）MMAtwo项目

MMAtwo研究项目于2018年启动，预计于2022年9月结束。由6个不同国家的13个合作伙伴组成，它们代表了PMMA价值链的所有阶段。MMAtwo合作伙伴已经调动了890万欧元，包括欧盟地平线2020研究与创新计划（European Union Horizon 2020 Research and Innovation program）提供的660万欧元资金。

在该项目中，Heathland与Ecologic和Comet合作，收集欧盟电器与电子设备废弃物指令(WEEE)中涉及的PMMA废弃物和车辆废弃物。含有PVC废料的PMMA由Heathland从 Arkema和 Delta Glass 收集，并使用专门的预处理技术进行纯化，制成解聚用原材料。

▲ JSW的TEX双螺杆挤出机

JSW Europe对现有的双螺杆挤出机进行了改造，使其在高温下运行以进行解聚试验。上图中的新机筒组件的升温测试和漏气检查已完成，挤出机已准备好与冷凝器连接以回收单体。

经优化后的工艺目前已在工业规模上用于高质量浇铸PMMA废弃物，在该项目中，Arkema针对各种PMMA废料进行了试验，包括工业后废料和消费后废料，大多数牌号都可以实现具有高单体含量的高质量产率。

▲ Arkema-中试实验

2021年，盛禧奥完成了对Arkema公司PMMA业务的收购；2022年1月，盛禧奥又收购了Heathland，可见该公司对再生PMMA项目以及化学循环方面的支持和雄心。

2）三菱化学&Agilyx

2020年，三菱化学的全资子公司Lucite国际与Agilyx推进合作，在Agilyx位于俄勒冈州的Tigard工厂进行了PMMA（俗称丙烯酸）回收的商业规模试验。

在使用Agilyx的分子回收技术进行的初步小规模试验成功后，Lucite国际在母公司三菱化学公司（MCC）的支持下，进一步推进与Agilyx的合作，以提供全循环的PMMA。

2021年8月进行的全面实验结果与2020年进行的实验室规模实验的成功结果一致。混合原料包括铸造和挤压的PMMA板材，分析不同温度设置的影响，找到PMMA热分解的最佳条件。

Lucite国际（LI）的目标是到2023年实现回收PMMA生产的商业化。在此期间，LI正在与所有关键利益相关者合作，包括MMA（所有亚克力产品的组成部分）客户、制造商、分销商和回收商，期待为所有人开发一个强大的价值链。合作双方对Agilyx的化学回收技术充满信心。并计划在2023年在欧洲开建一座化学回收工厂。

3）LG化学&威立雅

2021年，LG化学与韩国的回收生产商威立雅签署协议，达成战略伙伴关系，合作生产透明丙烯腈丁二烯苯乙烯 ( ABS )，这是一种高附加值合成树脂，使用化学回收生产原材料。威立雅长期以来专业回收MMA(甲基丙烯酸甲酯)，MMA是透明ABS的核心原料。根据该协议，通过化学回收MMA，LG化学能够实现低碳透明的ABS商业化生产，同时还能积极与威立雅开展研发合作，进行工艺技术改进和研发，以提高回收MMA的质量。

4）住友化学

2021年，住友化学在位于日本爱媛县新居滨市的爱媛工厂建设丙烯酸树脂(PMMA)的化学回收试验设施。新产线计划于2022年秋季开始试点测试，并于2023年开始提供样品。在该项目开展的同时，住友化学将开发 PMMA回收系统，从收集使用过的丙烯酸树脂到回收和再加工进入产品，以期早日实现化学回收PMMA 的商业化。在丙烯酸树脂化学回收方面，公司一直与JSW株式会社合作开发，将JSW双螺杆挤出机的连续塑料分解技术（MMAtwo项目中已有使用）与住友化学多年来积累的MMA单体和丙烯酸树脂方面的专业技术进行整合优化。

5）奇美实业

2022年4月，台湾奇美实业宣布，其采用化学回收方式再生的MMA，将来自于自身与客户回收的PMMA透过热裂解与后加工制程后，还原成MMA，可减少原生MMA的使用，且制程耗能较低，预估整体减碳效益可达40 %。未来再生MMA可应用于奇美的PMMA、MS、MABS等产品中，扩大其循环效益。目前已成功应用于显示器用光学级导光板。此款导光板采用了再生MMA，可保持与原生MMA相同的光学特性。奇美计划于2023年Q3正式量产再生MMA系列的导光板。奇美成功为显示器再生材料使用提出新方法及开启新领域，为显示器的可持续循环之路树立重要里程碑。

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讨论

当回收的PMMA废弃物为消费前废弃物时，其回收得到的MMA纯度较高，而前期的预处理工艺和后期的纯化工艺相对较容易，成本消耗较低，因此相对商业价值较高。

而当回收的PMMA废弃物为混合废弃物时，处理成本和得到产品的纯度均不容乐观，如无其它补贴，其盈利模式仍然有待探讨。

不论如何，在双碳目标的大背景下，循环经济会成为塑料行业未来的发展方向，全球对循环经济有着越来越迫切需求。当技术更新与此需求达到供需平衡点时，再生循环必然会找到其商业模式，并成为未来实现减碳目标的主要渠道。由此可见，PMMA的化学回收前景可观。

全球PMMA产能集中在头部企业，分别是罗姆（原赢创）、奇美、三菱、住友与阿科玛；而近年来在化学回收领域，这些PMMA巨头动作频繁，可见该产业仍然具有强大的吸引力。

我国是世界上最大的PMMA消费国，据统计2020年我国PMMA表观消费量已达44万吨，产能也达到了41.5万吨；但由于我国PMMA的产能主要以低端产品为主，缺少高附加值产品，高端的品种仍然主要依赖于进口（进口产品多为高端光学级PMMA）。

在国内PMMA的主要生产企业中，仅有苏州双象和万华化学为本国生产厂商，目前尚无PMMA化学回收相关报道。而我国众多裂解生产PMMA的小型厂家（主要分布在华东、华南等地区），均利用PMMA制品回收料、PMMA生产加工过程中产生的边角料、机头料等重新裂解为MMA，再生产PMMA。这类产品由于原料质量和技术水平限制，质量无法保证，无法和国外产品竞争，只能应用于低端市场。当国外的化学回收技术日趋成熟时，我国小型厂家在低端市场的生存空间也必然被进一步压缩。

按照现有计划，三菱化学&Agilyx、住友、奇美等厂商均会在2023年实现商业化，而盛禧奥（阿科玛）和LG化学的投资决心也足以让我们对2023充满期待；结果到底如何？让我们静待花开。

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