Acid Succinic Biobased 2015-04-01 Revista PCI
Un bloc de construcții regenerabil pentru PUD-uri și Uralkyde de înaltă performanță pe bază de apă cu conținut ridicat de energie regenerabilă
Ca o substanță chimică de platformă, acidul succinic bio-bazat oferă cercetătorilor și dezvoltatorilor de produse un bloc chimic durabil pentru a permite dezvoltarea inovatoare a produselor de înaltă performanță utile într-o gamă largă de aplicații, de la produse de îngrijire personală, până la plastifianți fără ftalat, până la derivați polimerici utilizați în tehnologiile uretanei, poliesterilor și rășinilor alchidice.
În ultimii ani, BioAmber și parteneri, cum ar fi Stahl, au investit resurse pentru a investiga relația structură-proprietate a acidului succinic bio-bazat în poliester polioli pentru uretani, termoplastice poliesterice și rășini alchidice poliesterice. Aceste eforturi au dus la o înțelegere largă a aplicației într-o varietate de domenii, cum ar fi acoperirile și rășinile poliuretanice. Noile produse care utilizează SA bazată pe bio ca o componentă cheie a formulării rășinii continuă să apară și să sporească atât performanța, cât și durabilitatea formulărilor finale. Multe dintre aceste studii de aplicare au fost publicate 1-4, 7 și au contribuit la catalizarea adoptării pe piață a SA bazate pe bio pentru utilizare pe piețele PU și CASE. În plus, începând cu mai târziu în 2015, instalația de producție Sarnia a BioAmber va permite disponibilitatea acidului succinic bio-bazat de înaltă calitate pentru aceste piețe și pentru alte piețe. 5
Rezultate si discutii
În aplicațiile PU, acidul succinic este modificat cu dialcoholi (glicoli) pentru a produce poliester polioli, așa cum se arată în Figura 2. Natura diacidului C4 combinat cu un glicol sau un amestec de glicoli are ca rezultat poliester polioli cu o gamă diversă de proprietăți. Spre deosebire de poliolii adipați pe bază de petro mai familiarizați, succinații pe bază de bio oferă o gamă de proprietăți care pot înlocui sau completa adipii pe bază de petro. Controlul atent al glicolului la stoichiometria acidă permite un control foarte precis al gradului de polimerizare (n), care este de obicei raportat ca numărul OH (numărul hidroxil sau OH, este raportat ca mg-KOH/g poliol). Această relație este bine cunoscută și nu va fi tratată în detaliu în acest articol. Cu toate acestea, o serie de resurse publicate oferă o imagine de ansamblu excelentă asupra poliuretanilor și a elementelor cheie utilizate pentru dezvoltarea materialelor cu proprietăți fizice bine definite. 6
Tabelul 1 oferă un rezumat general al modului în care diferiți glicoli și amestecuri de glicoli influențează temperatura de tranziție a sticlei (Tg) și punctul de topire (Tm) al poliolilor succinate. În general, când acidul succinic C4 este utilizat în locul acidului adipic C6 în poliester polioli și ulterior în poliuretani, influența diacidului mai scurt se traduce prin beneficii de performanță, cum ar fi rezistență mecanică mai mare, modul și duritate mai mari, abraziune îmbunătățită și solvent mai bun rezistenţă.
Unele compromisuri potențiale în comparație cu adipatele sunt că SA-PEP va avea tendința de a avea un Tg și o vâscozitate mai mari. În mod obișnuit, SA-PEP-urile preparate folosind glicoli de carbon cu număr par cu SA sunt solide la 25 ° C, în timp ce glicolii de carbon impari sau sistemele mixte de glicol au produs lichide vâscoase la temperatura camerei (RT) (a se vedea tabelul 1 pentru definițiile abrevierilor). Totuși, așa cum sa menționat anterior, SA-PEP cu cel puțin 50% mol de BDO se solidifică la temperatura camerei, în timp ce PEP-urile corespunzătoare pe bază de acid adipic (AA) rămân lichide vâscoase la RT. De exemplu, SA-NPG/BDO este un solid la temperatura camerei, dar AA-NPG/BDO este un lichid la temperatura camerei. În mod anormal, SA-PDO va cristaliza încet și la temperatura camerei și are un punct de topire între 35 - 43 ° C. Figura 3 prezintă grafic unele dintre tendințele în Tg în funcție de structurile glicolului în SAP-BDO/X PEP. Date suplimentare despre Tg și Tm sunt disponibile în Referința 2.
În cel de-al doilea studiu aprofundat efectuat în PUD, 1,4, am dorit să ne aprofundăm înțelegerea relației structură-proprietate a poliesterilor poli-succinați în încercarea de a obține o înțelegere suplimentară a performanței acoperirilor din PU derivate din diferiți polioli poli-succinici, în special în raport cu structura glicolului. Tabelele 2 și 3 arată proprietățile poliolilor sintetizați în acest studiu, dintre care unii au fost transformați în acoperiri PUD și PU pentru evaluare ulterioară.
Caracteristicile PUD-urilor și acoperirilor realizate cu PEP
PUD-urile au fost preparate din SA-PEP-urile prezentate în Tabelul 2 utilizând fie procesul de co-solvent NMP, fie prin procesul de acetonă. 1,4 Utilizarea procesului cu acetonă produce o dispersie PUD fără NMP și este extrem de dorită din perspectiva mediului. Au fost preparate un total de șase formulări PUD, acoperite pe substraturi de oțel și evaluate prin tehnici bine cunoscute de caracterizare a acoperirii. 1,4 Un exemplu tipic de PUD și articolele acoperite cu metal este prezentat în Figura 4, iar un rezumat al proprietăților acestor acoperiri în acest studiu este prezentat în Tabelul 3. Aceste acoperiri generalizate au fost comparate cu acoperiri similare din PU realizate din AA-PEP. Cu toate acestea, trebuie remarcat faptul că, deoarece acesta a fost un studiu generalizat pentru a evalua alăturat impactul structurii moleculare a SA sau AA PEPs asupra proprietăților fizice ale acoperirilor din poliuretan, formulările utilizate în studiul PUD nu conțineau reticule, promotori de aderență sau surfactanți și au fost neoptimizați pentru orice aplicație specială.
Proprietățile mecanice ale filmelor din PU realizate din PUD
Proprietățile mecanice ale filmelor de PU au fost evaluate prin testarea la tracțiune utilizând metoda descrisă în Referința 1. Datele reprezentative de solicitare-tensiune și valorile medii ale modulelor din testele de solicitare-solicitare sunt rezumate în Tabelul 4. Datele suplimentare ale proprietății mecanice pot fi găsite în Referințele 1 și 4.
Uralkyd Introducere
Rășinile alchidice sunt cunoscute în industria acoperirilor de ani de zile și sunt disponibile comercial din anii 1930. Ca o clasă de rășini de acoperire din poliester, alchidele sunt unul dintre cei mai importanți lianți din industria vopselei și probabil că vor rămâne importante pentru viitorul previzibil. Rășinile alchidice sunt lanțuri de poliester scurte, ramificate, formate prin reacția de condensare dintre polioli, cum ar fi glicerina, trimetilolpropanul și diacidele sau anhidrurile, cum ar fi anhidrida ftalică, anhidrida maleică și acizii grași nesaturați. O schemă de reacție generalizată a unui alchid este prezentată în Figura 6. Formulările tradiționale alchidice dintr-o singură parte (1K) sunt populare pentru aplicațiile de acoperire a lemnului datorită ușurinței de utilizare, esteticii excelente, durabilității pe termen lung și economiei favorabile. Acest lucru face ca alchidele 1K să fie unul dintre cele mai comune produse pentru piața DIY. Chiar dacă alchidele conțin o cantitate semnificativă de carbon regenerabil pe bază de bio, utilizarea alcoolului alb sau a solvenților aromatici scade această amprentă de carbon redusă și le face mai puțin ecologice și mai prietenoase cu lucrătorii.