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張超群教授帶你了解植物油基高分子材料的發(fā)展及應(yīng)用
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關(guān)于植物油 植物油是一大類天然有機(jī)化合物，定義為混脂肪酸甘油三酯的混合物（Mixture of mixed triglycerides）。天然油脂一般是由95%的脂肪酸甘油三酯和極少且成分復(fù)雜的非甘油三酯組成。植物油作為低成本生物質(zhì)資源，具有產(chǎn)量充足（全世界年產(chǎn)量達(dá)1.4億噸）、可生物降解、可再生等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于合成各種生物基高分子材料，如聚酰胺、聚氨酯與環(huán)氧樹脂等，并將這些油脂高分子廣泛應(yīng)用于橡膠、涂料、膠黏劑和彈性體材料等領(lǐng)域。 關(guān)于植物油基高分子材料 植物油基高分子原料來源廣泛，具有良好的生物相容性、可降解性和較均衡的機(jī)械性能，是重要的生物質(zhì)高分子材料。此外，高性能植物油基高分子材料的發(fā)展還能夠解決廢棄油脂所帶來的環(huán)境問題和食品安全問題，兼具科學(xué)意義和現(xiàn)實(shí)意義，因此成為近年來國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)研究和應(yīng)用開發(fā)的熱點(diǎn)。 植物油基高分子材料的應(yīng)用 1.植物油基高性能樹脂 利用價(jià)格低廉的植物油制備高性能樹脂，對(duì)樹脂產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展來說具有十分重要的意義。安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)汪鐘凱教授課題組在前期制備基于植物油的熱塑性高分子的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)合成了一系列熱塑性植物油環(huán)氧高分子。將植物油轉(zhuǎn)化為環(huán)氧高分子，隨著單個(gè)高分子上環(huán)氧基團(tuán)的數(shù)量的增加，其熱固性樹脂的機(jī)械性能也得到了大幅提升。西南大學(xué)曾建兵教授課題組針對(duì)植物油基高分子由于高度交聯(lián)的柔性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)導(dǎo)致低強(qiáng)度與低韌性問題，提出了在引入剛性結(jié)構(gòu)的同時(shí)降低交聯(lián)密度，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了植物油基高分子材料的增強(qiáng)與增韌的新思路，解決了植物油基高分子材料增強(qiáng)與增韌通常難以兼得的問題。 2.植物油基油墨 早在15世紀(jì)末就已出現(xiàn)了植物油基油墨。當(dāng)時(shí)大豆油、棉籽油、亞麻仁油、紅花籽油、桐油、葵花籽油等都有應(yīng)用到油墨配方中，但隨著印刷速度的加快，具有快干特性的石油基油墨迅速取代了干燥緩慢的植物油基油墨。20世紀(jì)70年代，考慮到石油危機(jī)、工人的安全以及環(huán)保問題，植物油基油墨又重新回到人們的視線。 3.植物油基涂料 以植物油為原料的涂料，除油脂涂料外還有酯膠、酚醛、瀝青等油基涂料品種。醇醛樹脂是油脂用量最多的合成樹脂，也是用量最大的涂料樹脂。此外，植物油及脂肪酸還用于氨基醇酸、環(huán)氧酯、聚氨酯、有機(jī)硅和有機(jī)氟改性醇酸涂料中，按過去的18大類分類方法計(jì)，使用植物油及脂肪酸做原料的涂料至少有10大類。 4.植物油基潤(rùn)滑劑 植物油是最早使用的潤(rùn)滑油品種之一，早在公元前1650年就已使用。植物油具有優(yōu)良的潤(rùn)滑性能，黏度指數(shù)高，無(wú)毒和易生物降解，而且可以再生。 我國(guó)在綠色潤(rùn)滑劑方面的研究起步較晚，但隨著對(duì)環(huán)境友好潤(rùn)滑劑重視程度和需求的不斷增加，中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所、上海大學(xué)、石油化工科學(xué)研究院、后勤工程學(xué)院等單位在20世紀(jì)80年代后期陸續(xù)開展相關(guān)研究工作。 5.植物油基聚氨酯 植物油基聚氨酯被譽(yù)為聚氨酯發(fā)展中最重要的技術(shù)創(chuàng)新之一。植物油基多元醇是植物油雙鍵經(jīng)化學(xué)改性引入羥基制備獲得，它的價(jià)格便宜、官能度高，聚合產(chǎn)品的理化性能優(yōu)異。植物油基聚氨酯材料不但機(jī)械性能可與相應(yīng)石油基材料媲美，而且耐熱分解與熱氧化性能更佳，生產(chǎn)成本更低，因此，在歐美市場(chǎng)的銷售量以每年30%快速增長(zhǎng)。植物油基聚氨酯的應(yīng)用領(lǐng)域涉及包裝材料、絕緣材料、汽車、農(nóng)用拖拉機(jī)以及高速公路、橋梁和鐵路的相關(guān)設(shè)備。 6.植物油基聚酰胺 聚酰胺(PA，俗稱尼龍)主要是由二元酸與多元胺縮聚而成，其中二元酸可以從植物油中合成獲得，也就是植物油基二聚酸。植物油二聚酸可以通過植物油脂肪酸發(fā)生Diels-Alder反應(yīng)來合成，植物油二聚酸的合成目前已工業(yè)化，其中更多的研究是利用不同的植物油合成二聚酸，以及利用不同的催化劑來提高二聚酸的收率，并降低反應(yīng)所需要的高溫高壓的條件。 7.植物油基聚酯增塑劑 植物油基增塑劑具有的顯著優(yōu)點(diǎn)是生物可降解性良好、價(jià)格低廉、原料可再生、原料不依賴石油，這類增塑劑適用于對(duì)安全性、衛(wèi)生性、環(huán)保性要求較高的塑料制品，如醫(yī)療器械、兒童玩具、食品包裝材料等。 植物油基高分子材料發(fā)展趨勢(shì) 1. 利用價(jià)格更低的非干性油制備性能更加優(yōu)越的聚合物，進(jìn)一步降低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，提高植物油基化合物的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。 2. 開發(fā)植物油基化合物新品種，開拓新的應(yīng)用領(lǐng)域。 3. 利用無(wú)機(jī)剛性與熱穩(wěn)定材料，開發(fā)高性能聚合物-無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料，制備出高性能工業(yè)材料。 植物油基高分子材料目前存在問題 1. 產(chǎn)品品種陳舊單一，植物油應(yīng)用范圍仍然局限于幾種傳統(tǒng)產(chǎn)品，新產(chǎn)品開發(fā)力度嚴(yán)重不足，植物油使用只有數(shù)量增長(zhǎng)，沒有質(zhì)的提高。 2. 生產(chǎn)技術(shù)水平落后，產(chǎn)品多為污染嚴(yán)重、附加值低的低檔產(chǎn)品。 3. 國(guó)外植物油基化合物在一些領(lǐng)域已經(jīng)開始逐步替代傳統(tǒng)石油產(chǎn)品化合物，而我國(guó)植物油基化合物的質(zhì)量和相應(yīng)石油產(chǎn)品相比，仍然有較大差距，缺乏競(jìng)爭(zhēng)力。 4. 國(guó)內(nèi)植物油基結(jié)構(gòu)高分子材料的研發(fā)嚴(yán)重落后于歐美國(guó)家，很多領(lǐng)域仍然是空白。 5. 用于食品藥物包裝、藥品緩釋、醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域的高附加值無(wú)毒植物油基聚合物功能材料，在歐美市場(chǎng)需求量很大，而該產(chǎn)業(yè)的發(fā)展在我國(guó)未能受到應(yīng)有的重視。 參考資料：何鑫, 吳桂英, 閆云君. 植物油基平臺(tái)化合物及高分子材料研究進(jìn)展. 生物工程學(xué)報(bào), 2017, 33(5): 701-719 為了更好的了解植物油基高分子材料， “2021綠色復(fù)合材料論壇”特誠(chéng)邀 華南工業(yè)大學(xué) 張超群教授 蒞臨本次大會(huì)，分享《植物油基高分子材料的創(chuàng)制與應(yīng)用》主題報(bào)告。 掃碼立即報(bào)名參會(huì) 綠色復(fù)合材料論壇.jpg 張超群---專家海報(bào).jpg |
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tzynew2樓
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nono20093樓
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bjdxyxy6樓
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閑庭sunn8樓
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tableman10樓
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云在青天11樓
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Will_Wu12樓
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