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可化学回收、可生物降解尼龙--聚丁内酰胺(Polyamide 4 PA4)(2)

时间:2023-05-18 浏览:411次

原料来源分析

丁内酰胺是合成聚丁内酰胺的单体,其基本性能如下,熔点23~25℃(24.6℃)。沸点245℃,133℃ (1. 6kPa)。相对密度1.12。折射率1.48,溶于水和多数有机溶剂,难溶于石油醚,在湿空气中形成单水合物(沸点35℃)。化学性质稳定,无腐蚀性。对眼睛、皮肤、黏膜有刺激性。(丁内酰胺_化工百科 (chembk.com))。充足的原料来源是聚丁内酰胺产业化首要条件,丁内酰胺是制备聚丁内酰胺的主要单体,其可靠的来源将是聚丁内酰胺产业化的基础,以下是本人对其来源的一些思考。根据丁内酰胺分子中的碳的来源成分,丁内酰胺的来源目前主要有生物基和石油基两种来源。

       生物基来源主要是生物质通过生物发酵或者蛋白质水解等得到谷氨酸,然后使用大肠杆菌作为菌种,利用大肠杆菌Chemicalbook脱羧酶的作用,将L-谷氨酸转化为γ-氨酪酸在水溶液中能解离成阳离子的特性,采用强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂进行离子交换,氨水洗脱,提取,再经树脂纯化,浓缩、结晶、干燥后即得成品。(来源于γ-氨基丁酸「CAS: 56-12-2」 - Chemicalbook)

图1 生物基丁内酰胺合成过程

生物基丁内酰胺是通过生物质发酵而来,不依赖化石原料,目前谷氨酸的市场售价约为1.9-2.5万/吨,仅仅从原子守恒的角度考虑,生物基丁内酰胺的价格为3.3-4.3万/吨,叠加谷氨酸发酵脱羧成GABA氨基丁酸以及氨基丁酸的脱水的成本以及转化率,生物基丁内酰胺的价格将会进一步提高,这将极大地限制聚丁内酰胺产业化的推广。此外大规模的使用生物质合成单体,不仅在发酵的过程中会产生大量的废水,而且存    在与人争粮的潜在问题,其产业规模将会极大的受限制。这也是为什么目前聚乳酸的产能扩充规模无法于PBAT和PBS等石油基可降解材料相比的主要原因。

       石油基丁内酰胺是以石油基的化学品为原料,通过各种化学反应得到丁内酰胺。目前只要通过以下三种方式,其中最主要的通过顺酐法,以顺酐为原料,进一步加氢得到γ-丁内酯然后进一步氨解得到丁内酰胺。通过顺酐法合成的丁内酰胺的市场价格可以做到1.5万/吨,这与目前的可降解材料的单体价格相比很有竞争力。

图2 石油基丁内酰胺合成过程

       通过石油基制备丁内酰胺可以为聚丁内酰胺的产业化提供充足稳定的原料来源,而且所使用的原料为基础化学品,原料一体化的整合较为方便。因此在聚丁内酰胺的产业一体化大闭环中,原料来源应该以石油基来源为主导,生物基来源可以作为补充。
     


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