生物基尼龍,是以生物質可再生資源(如葡萄糖、纖維素、植物油)為原料,通過生物、化學及物理等手段制造用于合成聚酰胺的單體(如生物基內酰胺、生物基二元酸、生物基二元胺等),再通過聚合反應合成的高分子新材料,具有綠色、環境友好、原料可再生等特性。與傳統石油基尼龍材料相比,生物基尼龍降低了石油依賴,生產過程減少了排放二氧化碳,且更為綠色環保。
這種材料的應用場景不斷拓展,例如亞運會火炬握把、汽車燃油管路、光伏邊框等。隨著全球可持續發展理念的深化,生物基聚酰胺市場規模預計將快速增長,成為未來材料科技的重要發展方向。
常見的生物基PA材料包括PA66、PA56、PA11、PA1010、PA610、PA510、PA410、PA1012等,見圖1。
從材料特性來說,生物基PA,如PA11、PA1010具有更長的烷基鏈,這使其吸水率更低(0.1%~0.4%),沖擊強度也比PA6和PA66高50%,具有更好的韌性,但是拉伸強度和拉伸彈性模量不如PA6和PA66高。
合成方面,與常見石油基尼龍材料一樣,生物基尼龍制備的關鍵在于單體合成,主要分為兩大技術路徑:
油路線
油路線:是指以植物油(如蓖麻油、油酸與亞油酸等)為原料,經過酯交換、高溫裂解等一系列化學轉化得到PA單體(如ω-十一氨基酸、癸二酸、壬二酸)進而合成生物基尼龍的路線。油類路線是目前化工企業采用的生物基尼龍主要合成路線。
PA11/PA1010:以蓖麻油為原料,通過酯交換、高溫裂解、氨解生成ω-十一氨基酸或癸二酸。阿科瑪實現工業化生產,收率穩定。此工藝也是目前工業上最主要的生產工藝。
PA9:油酸臭氧氧化法生產壬二酸,催化劑選擇MoO?/PbO?時收率超75%。
糖路線
糖路線:是利用微生物技術,對葡萄糖、纖維素、淀粉等原料進行發酵得到合成PA的單體(如γ-氨基丁酸、己內酰胺、己二酸、戊二胺),從而合成生物基尼龍的路線。生物基PA4便是利用葡萄糖發酵最終合成生物基γ-氨基丁酸制備得來。
PA56:葡萄糖→賴氨酸→1,5-戊二胺(大腸桿菌發酵技術),凱賽生物實現萬噸級產能。
PA46:葡萄糖→黏糠酸→己二酸(杜邦生物酶法),或5-羥甲基糠醛(5-HMF)催化加氫法,收率超89%。
國內外主要生物基尼龍生產企業及相關產品如下:
近日,金發科技控股子公司珠海萬通特種工程塑料有限公司投建年產4萬噸生物基高溫尼龍(一期)項目環境影響評價信息公示。此次金發重點擴建的生物基高溫尼龍一期項目生產規模0.8萬/年,主要產品包括PA10T/1012、PA1012、PAMACM12等,而此前,PA1012和PAMACM12的全球主要市場長期由贏創與EMS壟斷,此番立項是繼2009年,金發成為全球首家實現PA10T商業化的公司后,實現的又一重要里程碑。
未來發展趨勢
據資料顯示,全球生物基材料產能已超過3500萬噸,仍保持著高速增長。工業和信息化部等六部門此前印發了《加快非糧生物基材料創新發展三年行動方案》,提出“力爭到2025年,生物基化學品的品種不斷豐富,聚合物穩定性顯著提高,在塑料制品、紡織纖維等領域實現規模化應用。”
據資料顯示,全球市場對生物基尼龍的需求預計將從2023年的40萬噸增至2028年的140萬噸,年均增長率將高達29%。根據相關數據預測,2025年生物基尼龍市場空間有望達到215.91億元。
同時,隨著日益增強的低碳環保意識,消費者更加傾向于選擇可持續的、綠色環保的終端產品。生物基尼龍作為生物基化學纖維的一個重要品類,正逐漸走近我們的日常生活,應用于瑜伽服、T恤、戶外服裝等服飾用品。
2024年7月,“生物基尼龍紡織產業聯盟”成立,該聯盟是由黑龍江伊品新材料有限公司、福建永榮錦江股份有限公司、廣東省紡織品進出口股份有限公司、山東中康國創先進印染技術研究院有限公司、廣東海鷗百勝紡織有限公司、PQC(Pacific Quality Control Center China Co., Ltd)、南通雙弘紡織有限公司和菲諾染料化工(無錫)有限公司組成。
另外,生物基尼龍還可以進行改性,通過熔融共混的方式提升其增強、阻燃、增韌、電性能和導熱性能,應用于汽車等領域。
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