Sostituzione di materia prima biologica per il poliaspartico

Quattro vie tecniche per la sostituzione di materie prime a base biologica nella tecnologia ambientale poliaspartica

1. monomeri a base di olio vegetale

Materia prima di base: olio di ricino (più dell'80% dei PAE a base biologica è sintetizzato da questa fonte)

Strada chimica: olio di ricino → idrolisi → acido ricinoleico → acido sebacico → 1,10-decanediamina → monomero PAE a base biologica

Vantaggi:

• La struttura idrossi-acidi grassi conferisce flessibilità (allungamento alla rottura > 250%).
• Idrofobichezza naturale (angolo di contatto con l'acqua > 95°).

Limitazioni: cattivo flusso a bassa temperatura (richiede plastificanti a base biologica come il citrato di tri-n-butilo).

2. Monomeri di fermentazione da zucchero

Monomeri rappresentativi:

• 1,5-Diaminopentano (dalla decarbossilazione della lisina) → utilizzato per la sintesi di PDI a base biologica (pentametilene diisocianato).
• Acido succinico (fermentazione di E. coli) → utilizzato per preparare estensori di catena a base biologica.

Caratteristiche prestazionali:

• La struttura a catena alifatica migliora la resistenza all'idrolisi (dopo bollire in acqua a 100 °C per 240 ore, ritenzione dell'adesione > 90%).
• La reattività è superiore del ~ 30% rispetto al PAE a base di petrolio (riducendo il tempo di asciugatura superficiale a 8 minuti).

3. Monomeri derivati dalla lignina (direzione di rottura)

Strada tecnica: lignina → vanillina → ammine aromatiche a base biologica → PAE modificato.

Valore dell'innovazione:

• Introduce anelli fenilici rigidi; la durezza aumenta a 3H (durezza della matita).
• Proprietà di assorbimento dei raggi UV (QUV invecchiamento 3000 h, ΔE < 1,5).

Ricerca rappresentativa: serie LigniPolyTM sviluppata da VTT (Finlandia), contenuto di biobasi del 40%.

4. monomeri derivati da CO2 (esplorazione di frontiera)

Principio tecnico: CO2 industriale catturato + oli vegetali epossidati → carbonati ciclici → aminolisi per formare PAE.

Valore ambientale: circa 0,3 t di CO2 fisso per tonnellata di resina (l'impronta di carbonio LCA può essere negativa).

Strategie di ottimizzazione delle prestazioni per le resine PAE a base biologica

Quadro tecnico di decisione di selezione per la tecnologia ambientale poliaspartica

Partiamo dalla necessità dell'applicazione: prima decidete se è necessaria una cura superiore a 100 °C.dare la priorità ai sistemi rigidi di lignina/FDCA e quindi valutare i limiti del colore  utilizzare la modifica diretta della lignina quando il colore è accettabile, oppure passare alla lignina decolorata più FDCA quando è richiesto un colore basso. Se non è necessaria una cura superiore a 100 °C, chiedere se è necessaria un'essiccazione rapida (< 10 min); in tal caso,scegliere un PDI a base di zucchero con un sistema catalizzato da nanocellulosa, e in caso contrario, selezionare un sistema flessibile a base di olio di ricino.

Principali aspetti della politica e della certificazione

Certificazione internazionale:

• ISCC PLUS (certificazione di bilanciamento di massa).
• USDA BioPreferred® (requisito minimo di contenuto di biobasi per i rivestimenti industriali: 25%).

Indirizzi per le scoperte tecno-economiche

Controllo dei costi delle materie prime

• Sviluppare oli di colture energetiche (ad esempio, olio di camelina) per sostituire l'olio di ricino alimentare.
• Processi catalizzati da enzimi per ridurre il consumo di energia (la bio-aminazione di Evonik riduce il consumo di energia del ~ 60%).

Sviluppo di prestazioni premium

• Incorporare componenti funzionali (ad esempio, grafene per la conduzione termica, ioni d'argento per gli effetti antibatterici).
• Sviluppare poliurea degradabile (idrolisi innescata dall'esterasi) per pellicole di pacciamatura agricola.

Ultimi sviluppi

L'Istituto di Chimica Applicata di Changchun, Accademia Cinese delle Scienze, ha raggiunto la polimerizzazione in situ con nanocristalli di cellulosa:la durezza del PAE a base biologica è aumentata del ~ 50% con un aumento dei costi solo del ~ 10%.

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