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    1. 生物基材料及生物基抗氧劑的發(fā)展

      2023-03-01 6415



      引言

      高分子材料行業(yè)由傳統觀(guān)念“資源——產(chǎn)品——廢棄物”轉變?yōu)椤百Y源——產(chǎn)品——再生資源——再生產(chǎn)品”的生態(tài)觀(guān)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)濟效益產(chǎn)出和最少的廢物排放,實(shí)現經(jīng)濟、環(huán)境與社會(huì )效益的三統一。生物基抗氧劑與傳統的以化學(xué)品作為原料合成的添加劑有很大的區別,其原料來(lái)自于可再生生物質(zhì),具有綠色、經(jīng)濟、可循環(huán)再生等特性。隨著(zhù)石油資源的日益減少以及社會(huì )可持續發(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)現可持續發(fā)展的必由之路、可以緩解抗氧劑行業(yè)對石化產(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。

      生物基材料作為最具發(fā)展潛力的材料,有其廣闊的市場(chǎng)前景。但是我國生物基材料目前面臨產(chǎn)業(yè)規模小、勞動(dòng)生產(chǎn)率低、技術(shù)結構不先進(jìn)等問(wèn)題,科研與產(chǎn)業(yè)脫節,70%~80%要依靠進(jìn)口,基礎研究水平不高直接制約了新技術(shù)和新材料的開(kāi)發(fā)和應用。雖然我國在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、歐洲、日本等發(fā)達國家相比,我們生物基材料的產(chǎn)業(yè)發(fā)展還面臨著(zhù)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產(chǎn)權仍掌握在美、歐、日等發(fā)達國家?,F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)為基礎的塑料材料進(jìn)行直接的競爭。

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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,在工農業(yè)、國防等領(lǐng)域廣泛應用,可緩解環(huán)境和能源壓力,同時(shí)對促進(jìn)可再生能源產(chǎn)業(yè)升級、能源多元化具有重要的現實(shí)意義,符合綠色化學(xué)的定義以及國家可持續發(fā)展戰略要求。生產(chǎn)尼龍為例,使用新型的生物基材料相比傳統材料,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)建設約1000個(gè)生物質(zhì)轉化工廠(chǎng),那么其生產(chǎn)能力便相當于年產(chǎn)石油5000萬(wàn)噸,其產(chǎn)能相當于一個(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物,來(lái)源廣泛,儲量巨大,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、酚羥基的鄰對位、烯鍵等多個(gè)反應位點(diǎn),利用腰果酚的結構特點(diǎn),可以在聚合物分子中生成新的官能團來(lái)合成新結構的抗氧劑。此外,腰果酚還在表面活性劑、膠黏劑及涂料等領(lǐng)域應用廣泛,是目前能夠投入使用的最廉價(jià)、最易得、最現實(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(cháng)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。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(guān)點(diǎn)。天然脂肪醇分子結構中的羥基可反應制備一系列脂肪醇衍生物,是生產(chǎn)增塑劑、抗氧劑、表面活性劑和潤滑油等添加劑的重要基礎原料。

      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(guān)為白色結晶粉末,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傳統化學(xué)原料合成,生物基原料來(lái)源廣泛并具有可再生性,可以節約我國的化石原料資源,十分有利于發(fā)展我國的循環(huán)經(jīng)濟。目前,以生物基材料為原料進(jìn)行抗氧劑新產(chǎn)品的設計、合成與應用研究成為抗氧劑行業(yè)研究的熱點(diǎn)。


      生物基抗氧劑的應用

      高分子材料向綠色、環(huán)保方向發(fā)展是當前行業(yè)熱點(diǎn)與趨勢,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壆a(chǎn)品,生物基抗氧劑具有環(huán)境友好、無(wú)污染性殘留物,對生態(tài)系統無(wú)不良影響的特點(diǎn)。隨著(zhù)世界經(jīng)濟的快速發(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,以及醫療器械領(lǐng)域,例如輸液管、注射器、防護服等,此外還可應用于航空航天、汽車(chē)、高鐵、手機等高端制造領(lǐng)域,例如火箭密封圈、汽車(chē)保險杠、飛機及高鐵的內飾、座椅和手機外殼等。生物基抗氧劑具有很好的耐遷移性,且容易降解,不會(huì )對人體產(chǎn)生危害,通過(guò)添加生物基抗氧劑,可增強產(chǎn)品性能,延長(cháng)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)商及研究機構已經(jīng)著(zhù)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,反應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,可廣泛應用于植物油脂及生物柴油中,具有良好的應用開(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、三氯化磷為反應物,以三乙胺為催化劑在反應溶劑中進(jìn)行一鍋燴反應,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產(chǎn)品。制備方法工藝路線(xiàn)短,反應條件溫和,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亞磷酸酯抗氧劑所具有的耐熱穩定性、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、計量準確的特性。
      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條件下發(fā)生酯化反應,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),可以結合聚合物中的不穩定成分生成過(guò)氧化物,因分子量大,含磷量高,其耐熱穩定性好,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介質(zhì)中混合反應,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,反應溫度為-40℃-100℃,并使反應在保護性氣氛中進(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)異的熱穩定性和良好的抗氧化性能和抗磨減磨性能。



      結 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)展是當前行業(yè)熱點(diǎn)與趨勢,隨著(zhù)世界各國安全、健康、環(huán)保意識的增強,逐漸提高了對各種高分子材料制品的衛生要求,因此對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)生物基抗氧劑應基于高性能抗氧劑分子結構設計——綠色生物基原料替代——長(cháng)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 )建五位一體的現代綠色化工發(fā)展理念。生物基抗氧劑的研發(fā)與應用可減緩國內工業(yè)原料緊缺的現狀,具有極強的經(jīng)濟性和良好的社會(huì )效益。對促進(jìn)我國能源多元化、可再生能源產(chǎn)業(yè)升級、緩解能源和環(huán)境壓力具有非常深遠的現實(shí)意義。



      擴展資料
      圖片來(lái)源于網(wǎng)絡(luò )
      數據來(lái)源:
      題名:生物基抗氧劑在綠色化工中應用與發(fā)展
      期刊:當代化工研究
      專(zhuān)利CN201510580081.1
      專(zhuān)利CN201610582274.5
      專(zhuān)利CN201810428102.1
      專(zhuān)利CN201710623464.1



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