生物基材料及生物基抗氧劑的發(fā)展

        2023-03-01 6698



        引言

        高分子材料行業(yè)由傳統(tǒng)觀念“資源——產(chǎn)品——廢棄物”轉(zhuǎn)變?yōu)椤百Y源——產(chǎn)品——再生資源——再生產(chǎn)品”的生態(tài)觀念,目的是以盡可能少的資源消耗和最低的環(huán)境代價(jià),為高分子材料生產(chǎn)加工獲取最大的經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)出和最少的廢物排放,實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、環(huán)境與社會(huì)效益的三統(tǒng)一。生物基抗氧劑與傳統(tǒng)的以化學(xué)品作為原料合成的添加劑有很大的區(qū)別,其原料來(lái)自于可再生生物質(zhì),具有綠色、經(jīng)濟(jì)、可循環(huán)再生等特性。隨著石油資源的日益減少以及社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的要求,以生物基為原料生產(chǎn)的化工產(chǎn)品是人類(lèi)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必由之路、可以緩解抗氧劑行業(yè)對(duì)石化產(chǎn)品的依賴(lài)以及由此引發(fā)的環(huán)境污染等問(wèn)題。因此,研發(fā)生物基產(chǎn)品已經(jīng)成為世界科技創(chuàng)新領(lǐng)域的前沿趨勢(shì)。

        生物基材料作為最具發(fā)展?jié)摿Φ牟牧?,有其廣闊的市場(chǎng)前景。但是我國(guó)生物基材料目前面臨產(chǎn)業(yè)規(guī)模小、勞動(dòng)生產(chǎn)率低、技術(shù)結(jié)構(gòu)不先進(jìn)等問(wèn)題,科研與產(chǎn)業(yè)脫節(jié),70%~80%要依靠進(jìn)口,基礎(chǔ)研究水平不高直接制約了新技術(shù)和新材料的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。雖然我國(guó)在PHA、PLA等方面的研究和產(chǎn)業(yè)化取得了一些進(jìn)展,但同美國(guó)、歐洲、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家相比,我們生物基材料的產(chǎn)業(yè)發(fā)展還面臨著諸多的問(wèn)題有待解決。到目前為止,生物基材料的主要知識(shí)產(chǎn)權(quán)仍掌握在美、歐、日等發(fā)達(dá)國(guó)家?,F(xiàn)階段PLA和PHA等環(huán)境友好材料屬于新興的材料產(chǎn)業(yè),在價(jià)格方面,聚丙稀的價(jià)格低于1美元/公斤,而一些最便宜的生物可降解塑料的價(jià)格也需要3--6美元/公斤,因而還不能與大量生產(chǎn)的以石油工業(yè)為基礎(chǔ)的塑料材料進(jìn)行直接的競(jìng)爭(zhēng)。

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        生物基原料

        生物基原料是指一些可再生物質(zhì),包括農(nóng)作物、樹(shù)木和其它植物及其提取物等,其特點(diǎn)是綠色無(wú)毒、對(duì)環(huán)境友好、可循環(huán)再生。目前研究使用較多的生物基原料主要有腰果酚、天然脂肪醇、天然甜味劑、天然抗氧劑等。采用該類(lèi)天然化合物為原料合成的抗氧劑,具有綠色、環(huán)境友好、原料可再生以及可生物降解的特性,在工農(nóng)業(yè)、國(guó)防等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用,可緩解環(huán)境和能源壓力,同時(shí)對(duì)促進(jìn)可再生能源產(chǎn)業(yè)升級(jí)、能源多元化具有重要的現(xiàn)實(shí)意義,符合綠色化學(xué)的定義以及國(guó)家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略要求。生產(chǎn)尼龍為例,使用新型的生物基材料相比傳統(tǒng)材料,會(huì)在生產(chǎn)過(guò)程中,每生產(chǎn)1Kg減少碳排放4.31kg,有資料顯示如果每年利用我國(guó)50%的秸稈、40%的糞便、30%的林業(yè)廢棄物,以及開(kāi)發(fā)5%、約550萬(wàn)公頃邊際性土地種植能源植物,同時(shí)建設(shè)約1000個(gè)生物質(zhì)轉(zhuǎn)化工廠,那么其生產(chǎn)能力便相當(dāng)于年產(chǎn)石油5000萬(wàn)噸,其產(chǎn)能相當(dāng)于一個(gè)大慶油田(年產(chǎn)石油4800萬(wàn)噸)。

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        1)腰果酚

        腰果酚是一種從天然腰果殼油中提煉的有機(jī)物,來(lái)源廣泛,儲(chǔ)量巨大,屬于綠色環(huán)保的化工原料。腰果酚含十五烯基間位酚,使其具有酚羥基、酚羥基的鄰對(duì)位、烯鍵等多個(gè)反應(yīng)位點(diǎn),利用腰果酚的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),可以在聚合物分子中生成新的官能團(tuán)來(lái)合成新結(jié)構(gòu)的抗氧劑。此外,腰果酚還在表面活性劑、膠黏劑及涂料等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛,是目前能夠投入使用的最廉價(jià)、最易得、最現(xiàn)實(shí)的生物基高分子原材料。 

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        2)天然脂肪醇

        脂肪醇是指碳鏈長(zhǎng)度大于8個(gè)、羥基位于碳鏈末端上的直鏈醇。天然脂肪醇是從天然動(dòng)植物油脂(椰子油、棕櫚油和牛油等)中提取,具有環(huán)保、來(lái)源廣泛并可再生三大優(yōu)勢(shì)。天然脂肪醇價(jià)格低廉、產(chǎn)品無(wú)毒、安全可靠,符合綠色發(fā)展的觀點(diǎn)。天然脂肪醇分子結(jié)構(gòu)中的羥基可反應(yīng)制備一系列脂肪醇衍生物,是生產(chǎn)增塑劑、抗氧劑、表面活性劑和潤(rùn)滑油等添加劑的重要基礎(chǔ)原料。

        3)天然甜味劑

        糖醇類(lèi)的甜味劑主要有木糖醇、山梨醇、果糖、赤蘚糖醇等,以木糖醇為例,木糖醇在自然界中分布范圍廣泛,可從白樺樹(shù)、玉米芯、甘蔗渣等植物原料中提取,商品木糖醇主要是將農(nóng)業(yè)植物纖維(如玉米芯、甘蔗糖等)經(jīng)水解、加氫制取的,是一種普遍的生物基多元醇,外觀為白色結(jié)晶粉末,屬于綠色環(huán)保原料,具有可再生、價(jià)格低廉、來(lái)源豐富、性能優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn),廣泛用于口香糖、防齲齒牙膏、化妝品、藥品及食品等。






        生物基抗氧劑的概念
        生物基抗氧劑是由生物基原料代替?zhèn)鹘y(tǒng)化學(xué)原料合成,生物基原料來(lái)源廣泛并具有可再生性,可以節(jié)約我國(guó)的化石原料資源,十分有利于發(fā)展我國(guó)的循環(huán)經(jīng)濟(jì)。目前,以生物基材料為原料進(jìn)行抗氧劑新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、合成與應(yīng)用研究成為抗氧劑行業(yè)研究的熱點(diǎn)。


        生物基抗氧劑的應(yīng)用

        高分子材料向綠色、環(huán)保方向發(fā)展是當(dāng)前行業(yè)熱點(diǎn)與趨勢(shì),生物基抗氧劑是助推高分子材料行業(yè)綠色、健康、安全、環(huán)?;纳?jí)產(chǎn)品,生物基抗氧劑具有環(huán)境友好、無(wú)污染性殘留物,對(duì)生態(tài)系統(tǒng)無(wú)不良影響的特點(diǎn)。隨著世界經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展及資源的進(jìn)一步開(kāi)發(fā),塑料制品遍布在我們生活的每一個(gè)角落,生物基抗氧劑可以用于與食品接觸的包裝材料如餐盒、水杯等制品中,以及醫(yī)療器械領(lǐng)域,例如輸液管、注射器、防護(hù)服等,此外還可應(yīng)用于航空航天、汽車(chē)、高鐵、手機(jī)等高端制造領(lǐng)域,例如火箭密封圈、汽車(chē)保險(xiǎn)杠、飛機(jī)及高鐵的內(nèi)飾、座椅和手機(jī)外殼等。生物基抗氧劑具有很好的耐遷移性,且容易降解,不會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生危害,通過(guò)添加生物基抗氧劑,可增強(qiáng)產(chǎn)品性能,延長(zhǎng)使用壽命。



        生物基抗氧劑研究進(jìn)展
        抗氧劑主要分為受阻酚類(lèi)和受阻胺類(lèi)主抗氧劑、亞磷酸酯類(lèi)和硫代二丙酸酯類(lèi)輔助抗氧劑以及其他專(zhuān)用抗氧劑。目前市場(chǎng)上多家抗氧劑生產(chǎn)商及研究機(jī)構(gòu)已經(jīng)著手開(kāi)發(fā)生物基抗氧劑,部分產(chǎn)品進(jìn)入試用階段。
        專(zhuān)利CN201510580081.1公開(kāi)了一種環(huán)氧腰果酚作為生物基受阻酚型抗氧劑的應(yīng)用。以腰果酚為原料,在催化劑的作用下,滴加過(guò)氧源在40-70℃下進(jìn)行環(huán)氧化反應(yīng),反應(yīng)2~5h后,制得環(huán)氧腰果酚粗品,再經(jīng)后處理得到環(huán)氧腰果酚抗氧劑成品。該生物基受阻酚型抗氧劑的抗熱氧老化性能優(yōu)于通用型受阻酚類(lèi)抗氧劑2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚。并且原料來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉,制備工藝簡(jiǎn)單,產(chǎn)品低毒環(huán)保,可廣泛應(yīng)用于植物油脂及生物柴油中,具有良好的應(yīng)用開(kāi)發(fā)前景。
        專(zhuān)利CN201610582274.5公開(kāi)了一種液體亞磷酸酯抗氧劑的制備方法,以腰果酚、三氯化磷為反應(yīng)物,以三乙胺為催化劑在反應(yīng)溶劑中進(jìn)行一鍋燴反應(yīng),經(jīng)過(guò)中和、過(guò)濾等操作,最終得到液體亞磷酸酯抗氧劑目標(biāo)產(chǎn)品。制備方法工藝路線(xiàn)短,反應(yīng)條件溫和,操作簡(jiǎn)便,工藝綠色環(huán)保,適于工業(yè)化生產(chǎn),因而,具有很好的應(yīng)用前景。所述的制備方法制得的液體亞磷酸酯抗氧劑不僅具有傳統(tǒng)亞磷酸酯抗氧劑所具有的耐熱穩(wěn)定性、抗氧性和優(yōu)異的抗水解性能,而且因其為液體而具有貯存方便、使用便捷、計(jì)量準(zhǔn)確的特性。
        專(zhuān)利CN201810428102.1公開(kāi)了一種新型高效生物基亞磷酸酯類(lèi)抗氧劑及其制備方法,將腰果酚加氫得到間十五烷基酚,再將間十五烷基酚與三氯化磷、季四戊烷在一定反應(yīng)條件下發(fā)生酯化反應(yīng),得到生物基亞磷脂類(lèi)抗氧化劑。由于該化合物中含有兩個(gè)三價(jià)磷,每個(gè)三價(jià)磷含有三個(gè)P-O鍵,P顯正三價(jià),可以結(jié)合聚合物中的不穩(wěn)定成分生成過(guò)氧化物,因分子量大,含磷量高,其耐熱穩(wěn)定性好,抗氧化活性高。
        專(zhuān)利CN201710623464.1公開(kāi)了一類(lèi)多功能生物基酚胺類(lèi)抗氧劑的制備方法及其應(yīng)用,取天然酚酸、二苯胺或吩噻嗪或苯二胺和/或苯二胺衍生物及縮合劑于液相反應(yīng)介質(zhì)中混合反應(yīng),其中天然酚酸與二苯胺或吩噻嗪或苯二胺和/或苯二胺衍生物的摩爾比為1:0.8-1:1.1,天然酚酸與縮合劑的摩爾比為1:0.8-1:3,反應(yīng)溫度為-40℃-100℃,并使反應(yīng)在保護(hù)性氣氛中進(jìn)行,獲得所述多功能生物基酚胺類(lèi)抗氧劑;生物基酚胺類(lèi)抗氧劑具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和良好的抗氧化性能和抗磨減磨性能。



        結(jié) 語(yǔ)

        在全球綠色化工的背景下,高分子材料向綠色、環(huán)保方向發(fā)展是當(dāng)前行業(yè)熱點(diǎn)與趨勢(shì),隨著世界各國(guó)安全、健康、環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng),逐漸提高了對(duì)各種高分子材料制品的衛(wèi)生要求,因此對(duì)高分子材料添加劑的綠色環(huán)保要求也越來(lái)越高。研究開(kāi)發(fā)生物基抗氧劑應(yīng)基于高性能抗氧劑分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)——綠色生物基原料替代——長(zhǎng)效可再生催化劑研究——清潔生產(chǎn)技術(shù)開(kāi)發(fā)——綠色生產(chǎn)工藝創(chuàng)建五位一體的現(xiàn)代綠色化工發(fā)展理念。生物基抗氧劑的研發(fā)與應(yīng)用可減緩國(guó)內(nèi)工業(yè)原料緊缺的現(xiàn)狀,具有極強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性和良好的社會(huì)效益。對(duì)促進(jìn)我國(guó)能源多元化、可再生能源產(chǎn)業(yè)升級(jí)、緩解能源和環(huán)境壓力具有非常深遠(yuǎn)的現(xiàn)實(shí)意義。



        擴(kuò)展資料
        圖片來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)
        數(shù)據(jù)來(lái)源:
        題名:生物基抗氧劑在綠色化工中應(yīng)用與發(fā)展
        期刊:當(dāng)代化工研究
        專(zhuān)利CN201510580081.1
        專(zhuān)利CN201610582274.5
        專(zhuān)利CN201810428102.1
        專(zhuān)利CN201710623464.1



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        遼寧證監(jiān)局“打擊非法證券期貨宣傳月”活動(dòng)(二)

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        05/07

        2022

        遼寧證監(jiān)局“打擊非法證券期貨宣傳月”活動(dòng)(一)

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        02/28

        2022

        抗氧劑行業(yè)分析(二)

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        02/28

        2022

        營(yíng)口風(fēng)光新材料股份有限公司抗氧劑產(chǎn)品 在行業(yè)領(lǐng)域中的優(yōu)越性

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        02/12

        2022

        到2025年 能源消耗比2020年下降13.5%

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        02/12

        2022

        重磅 | 了解全球聚烯烴產(chǎn)業(yè)供需格局,你需要掌握這些數(shù)據(jù)!

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        02/08

        2022

        大匯總!國(guó)內(nèi)尚有45個(gè)聚烯烴項(xiàng)目規(guī)劃建設(shè) 超2000萬(wàn)噸產(chǎn)能將釋放

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        12/09

        2021

        抗氧劑行業(yè)分析(一)

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