生物基尼龙,是以生物质可再生资源(如葡萄糖、纤维素、植物油)为原料,通过生物、化学及物理等手段制造用于合成聚酰胺的单体(如生物基内酰胺、生物基二元酸、生物基二元胺等),再通过聚合反应合成的高分子新材料,具有绿色、环境友好、原料可再生等特性。与传统石油基尼龙材料相比,生物基尼龙降低了石油依赖,生产过程减少了排放二氧化碳,且更为绿色环保。
这种材料的应用场景不断拓展,例如亚运会火炬握把、汽车燃油管路、光伏边框等。随着全球可持续发展理念的深化,生物基聚酰胺市场规模预计将快速增长,成为未来材料科技的重要发展方向。
常见的生物基PA材料包括PA66、PA56、PA11、PA1010、PA610、PA510、PA410、PA1012等,见图1。
从材料特性来说,生物基PA,如PA11、PA1010具有更长的烷基链,这使其吸水率更低(0.1%~0.4%),冲击强度也比PA6和PA66高50%,具有更好的韧性,但是拉伸强度和拉伸弹性模量不如PA6和PA66高。
合成方面,与常见石油基尼龙材料一样,生物基尼龙制备的关键在于单体合成,主要分为两大技术路径:
油路线
油路线:是指以植物油(如蓖麻油、油酸与亚油酸等)为原料,经过酯交换、高温裂解等一系列化学转化得到PA单体(如ω-十一氨基酸、癸二酸、壬二酸)进而合成生物基尼龙的路线。油类路线是目前化工企业采用的生物基尼龙主要合成路线。
PA11/PA1010:以蓖麻油为原料,通过酯交换、高温裂解、氨解生成ω-十一氨基酸或癸二酸。阿科玛实现工业化生产,收率稳定。此工艺也是目前工业上最主要的生产工艺。
PA9:油酸臭氧氧化法生产壬二酸,催化剂选择MoO₃/PbO₂时收率超75%。
糖路线
糖路线:是利用微生物技术,对葡萄糖、纤维素、淀粉等原料进行发酵得到合成PA的单体(如γ-氨基丁酸、己内酰胺、己二酸、戊二胺),从而合成生物基尼龙的路线。生物基PA4便是利用葡萄糖发酵最终合成生物基γ-氨基丁酸制备得来。
PA56:葡萄糖→赖氨酸→1,5-戊二胺(大肠杆菌发酵技术),凯赛生物实现万吨级产能。
PA46:葡萄糖→黏糠酸→己二酸(杜邦生物酶法),或5-羟甲基糠醛(5-HMF)催化加氢法,收率超89%。
国内外主要生物基尼龙生产企业及相关产品如下:
近日,金发科技控股子公司珠海万通特种工程塑料有限公司投建年产4万吨生物基高温尼龙(一期)项目环境影响评价信息公示。此次金发重点扩建的生物基高温尼龙一期项目生产规模0.8万/年,主要产品包括PA10T/1012、PA1012、PAMACM12等,而此前,PA1012和PAMACM12的全球主要市场长期由赢创与EMS垄断,此番立项是继2009年,金发成为全球首家实现PA10T商业化的公司后,实现的又一重要里程碑。
未来发展趋势
据资料显示,全球生物基材料产能已超过3500万吨,仍保持着高速增长。工业和信息化部等六部门此前印发了《加快非粮生物基材料创新发展三年行动方案》,提出“力争到2025年,生物基化学品的品种不断丰富,聚合物稳定性显著提高,在塑料制品、纺织纤维等领域实现规模化应用。”
据资料显示,全球市场对生物基尼龙的需求预计将从2023年的40万吨增至2028年的140万吨,年均增长率将高达29%。根据相关数据预测,2025年生物基尼龙市场空间有望达到215.91亿元。
同时,随着日益增强的低碳环保意识,消费者更加倾向于选择可持续的、绿色环保的终端产品。生物基尼龙作为生物基化学纤维的一个重要品类,正逐渐走近我们的日常生活,应用于瑜伽服、T恤、户外服装等服饰用品。
2024年7月,“生物基尼龙纺织产业联盟”成立,该联盟是由黑龙江伊品新材料有限公司、福建永荣锦江股份有限公司、广东省纺织品进出口股份有限公司、山东中康国创先进印染技术研究院有限公司、广东海鸥百胜纺织有限公司、PQC(Pacific Quality Control Center China Co., Ltd)、南通双弘纺织有限公司和菲诺染料化工(无锡)有限公司组成。
另外,生物基尼龙还可以进行改性,通过熔融共混的方式提升其增强、阻燃、增韧、电性能和导热性能,应用于汽车等领域。
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