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中科院成都有機公司推介項目

發布時間:2014-09-22 來源: 閱讀次數:3598 字體:【 打印本頁】【關閉窗口
 

1、安全、綠色、無公害PBC全生物可降解材料產品

產品信息:

  PBC是英文poly(butylene carbonate)(脂肪族聚碳酸丁二醇酯)的縮寫。它是以非石油路線原材料碳酸二甲酯為原料通過酯交換法制得的新材料(見圖一)。該材料成本低,性能優越,其熔體強度、力學性能均大大優于聚乳酸(PLA),同韓國的Poly Bio Calcium Carbonate(聚合生物碳酸鈣PBC)相比,該材料的降解速率、力學性能等具有明顯的優勢。

   PBC是PP、PE、PS等塑料制品的理想代替品。該材料環保無毒可用于注塑、擠出、吹塑、壓延等生產工藝,主要用于膜類、袋類、一次性餐具、盒類及多種生物降解塑件等領域。PBC是100%生物降材料,所以廢棄物填埋后可自行分解。

  公司研發部門通過對PBC進行共混改性,吹塑成型已成功制備出高性能、低成本、厚度可達5-15µm的透明度高、拉伸強度好、降解速率快、抗撕裂強度高的可完全生物降解脂肪族聚碳酸酯薄膜(見圖二),與其他生物降解薄膜相比,在價格和性能上具有明顯競爭優勢。產品通過國家塑料檢驗中心的權威檢測,薄膜可以完全生物降解,具有優異的力學性能和透明性,技術性能優于國內外同類產品。產品通過娃哈哈和可口可樂公司等的測試及使用,完全滿足薄膜使用要求。產品未上市已被客戶上門訂購,并簽訂了銷售合同。

全生物降解脂肪族聚碳酸酯薄膜的特點:

  (1)透明性好,拉伸強度高達50MPa大約是低密度聚乙烯薄膜的2倍,斷裂伸長率約300%,是純聚乳酸的大約50倍,與低密度聚乙烯薄膜基本相當。

  (2)PBC原料來源廉價。性能相當的情況下,價格不到PLA的一半。

  (3)產品具有很高的降解速率。

  (4)薄膜厚度很薄,是一般生物降解材料達不到的,為5-15µm。

產品市場分析及預測:

  根據國內外降解塑料在農業、工業、包裝和汽車、電子等領域的應用狀況來看,降解塑料正處于市場生命周期的成長期。

  在世界范圍內,可降解材料市場呈快速增長的趨勢,據相關部門預測,2007年,美國、歐洲和日本的生物降解聚合物市場需求量超過21萬噸,年增速達30%。未來幾年,美國生物可降解材料的需求量有望以年均20%的速度快速增長,到2012年市場消費量將達到26萬噸左右。目前我國降解塑料在各方面的應用現狀:農用地膜40%、包裝材料20%、日用雜貨16%、醫療材料10%、汽車和電子8%、紡織纖維4.8%其他方面1.2%。

  據有關部門統計,我國每年農膜總的需求量為200萬噸以上,假設其中按5%~10%使用生物降解薄膜,那市場的需求量就有10~20萬噸。隨著國內外對環境的日益重視,生物降解薄膜的需求量必將迅猛增長。同時據專家測算,在我國“限塑令”實施以后,全國可降解塑料包裝品未來的市場需求量有望達200萬噸,將有400億巨大商機因“限塑令”的實施而得以顯現。預計未來5年內,我國的降解塑料需求量在500萬噸/年以上。從中可以看到,生物降解材料在國際上的潛在市場是巨大的。

  本產品技術性能與國外先進產品相比,在成本、性能等方面,具有明顯的優勢,在價格上相當于國際同類產品價格的60%,加上本公司一貫堅持全面實施國際化戰略,產品已出口到世界69個國家和地區,已建立起一個具有較強國際競爭力的采購、制造、營銷與服務體系,國內具有穩固的市場基礎,優良的服務條件,因此,隨著本產品的國內外市場推廣,必能產生良好的效益。

2、導電聚碳酸酯工藝

  聚碳酸酯簡稱PC是一類分子鏈中含有碳酸酯結構的高分子化合物及以它為基礎而制得的各種材料的總稱。按分子結構中所帶酯基不同可以分為脂肪族、脂環族、芳香族和脂肪-芳香族等幾大類。現以雙酚A型聚碳酸脂為最重要,分子量通常為3-10萬。PC是具有高透光性能、高強度、高韌性、高抗熱性、高抗沖擊性及較好的加工性能的熱塑性樹脂。主要應用在醫療器械:耐高能輻射殺菌、耐蒸煮和烘烤消毒、采血標本器具、血液充氧器、外科手術器械、腎透析器等;汽車工業:汽車照明系統、內裝飾系統、汽車前燈罩、反光鏡框、阻流板;玻璃裝配業:銀行、大使館、拘留所、公共場所的防護窗;各種標牌:汽車儀表板、露天商業標牌、點式滑動指示器;電子電氣:接線盒、插座、墊片、電視轉換裝置、電話機、繼電器外殼;工業機械零件:各種齒輪、軸套、冰箱內擱架、晶體二極管、各種零件;家用電器:家用電器馬達、真空吸塵器、洗頭器、烤面包機、光盤、計算機、休閑和防護器材等。

  純聚碳酸酯具有優良的電絕緣性能,可能產生靜電、在工業上塑料的靜電現象有可能導致電子元器件和計算機芯片發生故障,甚至能夠點燃可燃性氣體、蒸汽和粉塵。為了解決這種靜電現象,抗靜電PC廣泛應用在電子電器元器件、汽車行業等領域。

  我們利用原位聚合法制備炭黑(CB)/聚碳酸酯(PC)導電復合材料。采用CB為載體的催化劑,以雙酚A與碳酸二苯酯為原料催化酯交換制備CB填充聚碳酸酯材料,當CB的填充量為4.32 wt%時,CB/PC復合材料體積電阻率可以達到1.56×106 Ω•mm,CB在PC中分布均勻,形成導電網絡充分有效。同傳統熔融共混法制備的CB/PC復合材料相比,在聚合過程中、較低的粘度情況下,CB分散更容易、更均勻,在相同體積電阻率的情況下,使用的CB量要少,同時也緩解引入CB后造成PC熱穩定性能大幅降低的情況。通過原位法合成的CB/PC復合材料具有非常好的PTC效應,在溫度升到150℃時體積電阻率達到最高點,可以升高近五個數量級,非常有利于制作自控溫材料。

  該產品具有良好的強度和韌性,具有易加工、耐久性和輕量化的特點,以及永久性的抗靜電效果,隨著智能手機和平板電腦終端等電子產品的小型化和高功能化,一些部件產生的電磁波很容易影響其他部件的工作造成誤操作。因此,導電聚碳酸酯(PC)復合材料在希望機殼等部件擁有電磁波屏蔽性能的要求的電子產品、具備通信功能的智能家電以及要求高可靠性的醫療器材等有著廣泛用途,如家用電器、電子電器、通訊器材、計算機抗電磁屏幕、蓄電池外殼、儀器儀表、電動工具、周轉箱、汽車配件、智能窗、發光二極管等領域。

3、適于沙化草地治理的高分子生物復合生態固沙材料的研發與示范推廣

摘要:

  采用材料固沙與生物固沙相結合方式,以草原沙化地區的生態治沙為示范,實現地區生態系統恢復。本項目充分利用我們在內蒙阿拉善和庫布齊沙漠2000畝生態固沙示范工程的成功經驗,開展適于西部沙化草地生態恢復的新型高分子生態材料與微生物復合體系的開發與協同作用研究;闡明研制的新型高分子生物復合體系對促進草地植被恢復、對沙化草地的土壤與微生物生態的影響與作用;結合沙化草原功能恢復與中藥材培育扶貧項目,建立高分子生物固沙技術的綜合應用與示范工程;構建沙化草地生態功能恢復綜合評價體系;實現具有自主知識產權的新型高分子生物復合固沙材料的規模化生產及標準制定。形成成熟的生態固沙技術在全國推廣。

項目意義:

  我國西部地區因地處大陸腹地,是全球同緯度地區降水量最少、蒸發量最大、最為干旱的地帶之一。同時,也由于對該地區原有草場林地的大量開墾、過度放牧或濫挖濫伐,致使其地表結構破壞,土壤風蝕嚴重,成為我國沙化土地的主要分布區。西部地區包括十二個省、區,其沙漠化面積為161萬平方公里,占全國沙漠化土地面積的95.4%。在西部地區開展沙化草地的生態恢復,意義尤其重大。

  西部地區是長江、黃河上游重要的水源涵養地,目前西部地區草地嚴重退化、沙化。以四川若爾蓋草原為例,其沙化面積已達150萬畝以上,300多萬畝沼澤草地和高原湖泊中已有200多萬畝干涸,草原缺水面積達40%。其惡化態勢不但嚴重損害了長江、黃河上游的生態屏障,也危害著成都平原的生態安全。但西部地區大部分的沙化草原,還處于沙化的初始階段,即主要是表面沙化,目前這里每年有600多毫米的降水量,使草原土壤結構還未發生本質的變化。如果應對及時,方法得當,便能以低的成本恢復植被。若到完全沙化時再治理,將要比現在多付出幾十倍的代價。近10多年來,國家在若爾蓋草原進行了大量的治沙試驗,通過試驗示范基地和示范區建設,累計成功治理各類沙地近9萬畝。但沙化面積卻增長到了150萬畝,遠低于草原沙化的速度。因而,采用有效方式,加速沙化草原的治理速度、防止沙化的蔓延,勢在必行。

  本項目依據《國家科學技術中長期發展規劃綱要(2006-2020)》中關于“生態脆弱區域生態系統功能的恢復重建”的戰略部署,緊密結合四川省川西北草原沙化地區生態系統恢復與重建的發展規劃,采用化學固沙與生物固沙相結合的方式,對該地區進行生態化治沙,實現生態恢復、產業發展、群眾增收的目標。

  本項目將充分利用我們在內蒙古阿拉善左旗和庫布齊沙漠2000畝生態固沙示范工程的成功經驗,并基于對川西北地區氣候與水文地質條件的詳細分析,開展適合于川西北沙化草地生態恢復的新型高分子生態材料與微生物復合體系的開發與協同作用研究;這些材料在地表使用,可以促進沙地表面形成生物結皮,改善土壤微生態,加速沙化草地的恢復。本項目結合該地區沙化草原功能恢復與中藏藥材等經濟作物培育扶貧項目,建立高分子生物固沙技術的綜合應用與示范工程;構建沙化草地生態功能恢復的綜合評價體系;并實現具有自主知識產權的新型高分子生物復合固沙材料的規模化生產及標準的制定。該項目的研究結果將有助于成熟的生態固沙技術的形成與實施,以及在西部其他荒漠化區域的推廣。

項目創新性:

  1)  首次采用高分子材料與活體微生物形成復合材料固沙的方法,可以促成固沙的高效性、生態與持久性;

  2)  首次建立高分子生物復合材料用于沙化草原生態恢復與沙化地區經濟作物栽培示范區;

  3)  首次實現具有自主知識產權的新型高分子生物復合固沙材料的規模化生產及標準制定,可為其他荒漠化區域的生態治理提供低成本適用材料與技術。

預期經濟/社會/環境效益:

  本項目首次將新型高分子材料與微生物復合體系用于西部地區沙化草原的生態恢復,通過這種新型生態材料的規模化生產、建立沙化草原功能恢復示范區與中藏藥材經濟作物培育示范區,形成成熟、有效的生態固沙材料與實施技術,并以較大的幅度降低荒漠化治理的成本,為其在全國其他荒漠化地域的推廣提供條件。

4、聚酯生產用綠色、高效鋁系催化劑開發

技術背景:

  用于PET縮聚反應的催化劑種類繁多,主要有銻系催化劑、鍺系催化劑、鈦系催化劑和鋁系催化劑等,目前,銻系催化劑仍然是當前應用最廣、最重要的催化劑。國內PET聚酯產業經過多年的攻關掌握了國外長期壟斷的已工業化的銻系催化劑,但近年來銻系催化劑面臨新的挑戰。第一,為了適應聚酯市場激烈的競爭,必須尋找活性更高的催化劑;第二,銻系催化劑在縮聚反應中還原成銻,銻屬于重金屬,使聚酯成灰色,同時在后續工序中污染環境;第三,在全球越來越關注人類生存環境的背景下,綠色聚酯產品的生產和銷售將是未來的趨勢。因此,開發新型高效、環保非銻催化劑成為聚酯工業的主要研究方向。

項目內容:

  中國科學院成都有機化學研究所開發的具有自主知識產權、熱穩定性好、反應活性高、價廉、無毒的新型乙二醇鋁組合物催化劑,有力的支撐了國內PET聚酯產業的升級,提高了聚酯產品附加值,加速了我國從PET聚酯的生產大國向技術強國的轉變。

  本成果中乙二醇鋁組合物催化劑溶液的生產是在氮氣氛圍中將乙二醇鋁、堿性化合物、多齒配位體、鈷化合物和乙二醇在一定溫度下按特定比例復配,成功開發出了新型的乙二醇鋁組合物催化劑,得到了均相的液體乙二醇鋁組合物催化劑,該組合物催化劑常溫密閉至少可穩定保存4個月,期間不會出現催化劑失活或變色等現象。

市場分析:

  2011年我國PET聚酯產量已超千萬噸,聚酯產能的分布集中趨勢明顯,江浙兩地總產能占全國七成以上,并且,新增的聚酯項目繼續向江浙兩省聚集,在江浙建立鋁系催化劑生產項目具有天然的地理位置和市場優勢。將本成果制備的環保、高效的乙二醇鋁組合物催化劑替代有毒的重金屬類銻系催化劑作為PET生產用催化劑,生產每噸PET可減少銻元素的排放約230g。假設2015年我國聚酯產量為1500萬噸,鋁系催化劑市場占有率為20%,相應的可減少銻元素的排放約650噸,減少了重金屬銻的排放和富集,降低了對環境和人體的危害,具有很好的社會環境效益。

  在該乙二醇鋁組合物催化劑和銻系催化劑銷售單價相同均為8萬/噸的情況下,生產每噸PET鋁系催化劑用量僅為乙二醇銻的10~30%,因此,每噸PET生產成本可降低20元,與原銻系催化劑相比。而且,鋁系催化劑的使用完全滿足以歐盟為代表的發達國家對PET聚酯在安全環保方面的嚴格要求,尤其在食品包裝領域更具有獨特的優勢,拓展了PET的用途和市場,穩定了出口,具有很好的經濟效益。

授權專利:

  (1)一種聚酯合成用鋁系催化劑、其制備方法及使用方法(ZL 201010154081.2)

  (2)用酯化縮聚法合成PET的新型鋁催化劑(ZL 200910304799.2)

技術指標:

催化劑用量:300~500ppm(以PTA計)

反應時間:縮短10~20%

特性粘度:≥0.80 dL/g

色度b值:≤3.0

二甘醇含量:≤1.5±0.3%

端羧基含量:≤35 mmol/kg

熔點(DSC法):250±3℃

5、水性塑料涂料替代溶劑涂料技術

  由于環保和資源的要求,世界各國紛紛立法,限制高VOC含量和有毒涂料的使用,促進了涂料工業向以水性涂料為代表的低毒、節能涂料方向發展。

該項目已突破納米水性樹脂和水性塑料涂料的關鍵技術,主要性能指標達到國內外同類產品先進水平,填補國內空白,申請專利6項,授權專利3項,完成中試,部分品種在四川長虹、青島海爾等60多家家電、汽摩企業進行批量應用。

6、透明阻燃增強聚碳生產工藝

  純PC樹脂是一種無定形、無味、無嗅、無毒、透明的熱塑性聚合物,分子量一般的20000~70000范國內,相對密度1.18~1.20,玻璃化溫度140~150℃,熔程220~230℃。聚碳酸酯具有一定的耐化學腐蝕性、耐油性優良;聚碳酸酯的耐熱性較好,其分解溫度在300℃以上,長期工作溫度可高達120℃,同時它具有良好的寒性,脆化溫度低達-100℃,其長期使用溫度范圍是-60~120℃;聚碳酸酯具有優的電絕緣性能;聚碳酸酯的耐熱老化的性能也相當的好,若將其薄膜放置空氣中長時間加熱,其性能變化很小;聚碳酸酯無色透明,肯有良好的透光性;聚碳酸酯成形收縮率低、尺寸安定性良好,且無味無臭對人體無害符合衛生安全。

  聚碳酸酯是可燃的,火焰呈淡黃色冒黑煙;氧指數僅25%,離開火源自熄。一般加入鹵化物、三氧化二銻,氫氧化鎂、磷酸和紅磷等改性提高阻然性。

  我們開發了一種生產阻燃聚碳酸酯新工藝,通過共聚的方式,將阻燃元素S嵌入到PC分子主鏈中合成阻燃透明PC高分子材料。在雙酚A與碳酸二苯酯催化酯交換制備聚碳酸酯的基礎上,以具有相似結構的雙酚S取代部分雙酚A同碳酸二苯酯進行酯交換反應合成含有雙酚S嵌段的阻燃PC工程材料。通過高效催化劑的開發、聚合工藝的改進,解決了由于雙酚S與雙酚A活性不同而對聚合反應的影響,獲得了阻燃PC的粘均分子量為26949,初始分解溫度達到419.5℃,阻燃PC的極限氧指數由PC的25%提高到40%以上,阻燃級別達到UL94 V-0,BPS的嵌入提高了PC的成炭率,維持了PC較高的熱分解溫度,明顯提高了PC的阻燃性能。

  通過共聚反應獲得的反應型阻燃PC材料克服了通過添加阻燃劑獲得的添加型阻燃PC材料阻燃劑從聚合物表面遷移或揮發的缺點以及加工過程中會伴隨的溢出、分解等現象對影響產品的性能的影響,這種新型塑料環保、安全、低煙、無毒、無刺激性氣體、無腐蝕性氣體等性能優勢,材料具有高透明度,UL94 V0級的阻燃性能。

  阻燃聚碳是一種應用比較廣泛的改性工程塑料,它具有優異的阻燃性能和機械性能,在電子電器、汽車工業、機械部件等領域有著廣泛的應用,但是隨著經濟的發展,各行各業對阻燃聚碳提出了更高的要求,比如說:透明、環保、安全等等。無鹵透明阻燃聚碳正是滿足了這些要求的新一代產品。

用途

電子電器:CD片、開關、家電外殼、信號筒、電話機等;

汽車配零件:保險桿、分電盤、安全玻璃;

工業零件:照相機本體、機具外殼、安全帽、潛水鏡、安全鏡片;

醫療器材:可作醫療用途的杯、筒、瓶以及牙科器械、藥品容器和手術器械等。

機械設備:用于制造各種齒輪、齒條、蝸輪、蝸桿、軸承、凸輪、螺栓、杠桿、曲軸、棘輪,也可作一些機械設備殼體、罩蓋和框架等零件。

建筑材料:用作中空筋雙壁板、暖房玻璃、高速公路隔音屏障等;

紡織行業:用作紡織紗管、紡織機軸瓦等;

 

發布人:  王公應(學術委員會主任、研究員)

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