《生物基聚酯结构设计及关键增塑技术》

该项目属于精细化工领域。

增塑剂是指添加到高分子聚合物中增加材料塑性、赋予制品柔软性的功能性化工产品,是迄今为止产能和消费量最大的塑料助剂,广泛应用于软质PVC材料。国内外应用较多的芳烃苯二甲酸酯类增塑剂(DOP、DOTP等)属于单体型增塑剂,虽然增塑效率较高,但耐迁移性能差且具有潜在的致癌性。随着石油资源的枯竭以及人们对塑料制品环境友好要求的提高,可替代传统石油基增塑剂的环保、高效、生物基增塑剂已成为塑料行业发展的必然趋势。国内外开发的环保增塑剂主要包括单体型的多元醇酯类、环氧酯类和柠檬酸酯类增塑剂以及聚合型的聚酯类增塑剂。然而,上述增塑剂从设计到应用仍存在生产时间长、能耗大及增塑效率低、耐迁移性能差等诸多噬待解决的关键技术问题。

项目组在山东省和青岛市相关科技计划项目的资助下,与企业协同攻关,从低聚型聚酯结构设计、增塑机理及高效酯化技术出发,发明了一整套生物基酯类增塑剂关键制备技术及装置。主要技术发明点如下:

1.发明了基于生物质的高性能聚酯增塑剂结构设计与品质提升关键技术。自主研发了集增塑、阻燃及耐迁移性能于一体的生物基聚酯增塑剂及品质提升关键技术。该技术通过调节聚酯主链的分子结构,利用不同酯键的密度的聚酯与PVC之间作用力的不同,设计开发了一类具有优异增塑、阻燃和耐迁移性能的生物基聚酯增塑剂。该聚酯的增塑效率较传统的DOP提高了约40%,在溶剂中的耐抽出率介于0-0.8%之间,远低于DOP5-10%的抽出率,稳定性能有了大幅度的提高,实现了从可再生资源制备高性能环保增塑剂关键技术突破。

2.发明了基于微波辅助的高效催化缩聚关键技术。自主研发了微波辅助的杂多酸类离子液体催化聚酯缩聚合成技术,将微波技术引入聚合过程,借助离子液体溶剂与催化的协同效应,将反应时间由5-10h缩短至1-3h,催化剂可经简单过滤分离,催化剂回收率≥90%,解决了金属类催化剂催化聚酯合成反应时间长、能耗大、催化剂难分离的技术难题,攻克了催化剂残留对产品性能影响的关键技术难题。

3.发明了反应-分离耦合酯化装置与高温中和技术。设计研发了多塔控制的反应-分离耦合酯化装置,突破了制约酯化装置运行效率提高的技术瓶颈。针对增塑剂中和过程易发生皂化反应及产生大量中和废水的技术难题,采用高温中和技术降低产品酸值与生产能耗,使酯化与中和工序的温差较传统技术降低了40-50℃,中和能耗降低约50%,产品纯度≥99%,酸值≤1mgKOH/g。

该项目共申请及授权发明专利30余项,发表学术论文50余篇,培养研究生20余人,形成了具有自主知识产权体系的高性能生物基聚酯增塑剂生产关键技术。该项目已产业化应用于山东蓝帆化工有限公司、淄博神农塑料有限公司等企业,近三年实现销售收入近11亿元,新增就业人数100余人。该项目突破了制约增塑剂发展的技术瓶颈,整体技术达到国际先进水平。项目的实施加快了增塑剂产业结构调整,推动了中国塑料行业的转型升级,为山东省新旧动能转换新能源新材料产业的发展起到了示范作用,经济及社会效益显著。

成果说明

自2009年起该项目的所有技术先后在山东蓝帆化工有限公司和淄博神农塑料有限公司等企业进行了工业化应用,在国内规模最大的增塑剂生产企业山东蓝帆化工有限公司建成了2万吨/a的生物基酯类增塑剂生产装置。多年生产证明,该装置的工艺流程合理、操作方便,产品质量稳定。 研发的高性能生物基环保增塑剂成功应用于出口日本的PVC手套中,解决了传统单体型增塑剂耐迁移性能差以及聚合型增塑剂增塑效率低的关键技术难题,经测试及用户应用证明,该生物基聚酯增塑剂产品与PVC材料相容性较好,增塑效率高,并且克服了DOP产品在有机溶剂中

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