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可降解的增塑劑——環氧大豆油,環氧大豆油的用途與功效簡介

2021-4-13 16:14:10

可降解的增塑劑——環氧大豆油,環氧大豆油的用途與功效簡介

什么是環氧大豆油?

環氧大豆油(epoxidized soybean oil,簡稱ESO),是一類有機物,化學式為(RC2H2OR'COO)3C3H5,常溫下為淺黃色黏稠油狀液體。無毒。沸點150℃(0.53 kPa)。溶于大多數有機溶劑和烴類,不溶于水。具有優良的耐熱、耐光性及相溶性。常用于聚氯乙烯制品作增塑劑,尤其適用于聚氯乙烯透明制品、食品包裝制品及其它無毒制品中

環氧大豆油的含氧三元環結構具有較大的張力,能與含有活潑氫原子的胺基、羥基、酸酐以及含不飽和鍵的基團聚合,也可以通過催化時環氧鍵之間開環接枝而制備出性質各異的聚合物,是一種非常有前途的聚合物工業原料。

環氧大豆油的應用方向

1.高分子材料

通常,植物油增塑劑已實用于PVC樹脂,用量在15%。改性后植物油增塑劑用量可高于15%,20%,40%和50%。典型的增塑劑用量上限為70%左右。高環氧增塑劑較高濃度,將提供高的熱穩定性。

ESO是一種無毒塑料增塑劑,是美國食品藥物管理局(PDA)批準的可用于食品包裝材料的增塑劑,在PVC無毒制品、PVC透明制品、透明瓶、透明盒、食品、藥物包裝材料、PVC醫用“輸血袋”,PVC戶外使用的塑料制品、防水卷材、塑料門窗、貼墻紙塑料膜等的生產制造時,都使用ESO作為增塑劑。

ESO增塑劑衍生物如ESO季戊四醇酯、ESO丙二醇酯、ESO乙二醇酯等。環氧大豆油丙烯酸酯化合物和環氧豆油丙烯酸酯化合物的某些胺衍生物可以用于生產某些聚氨酯衍生物,而這種衍生物本身可作為有用的涂料、黏合劑、成型成分等,或可與其他材料組成產生同樣有用的組分。將植物油脂肪酸環氧化和乙?;M一步得到環氧酯,環氧值等于或小于8。用于PVC增塑劑,可以改善PVC聚合物的特性,這種可再生的化合物,能降低成本。用于主增塑劑,以改進復合PVC,獲得最先進和更好的物理性質,如在低溫條件下,具有較高混合效率與靈活性,以提高抗脂肪族溶劑萃取并改善抗紫外線降解。

PVC是最**和應用最廣泛的乙烯塑料,PVC大都用增塑劑增塑。大量的PVC通常被稱為硬質PVC,用于管道和類似應用中,高抗化學物質是必需的。PVC增塑的形式廣泛應用于包括薄膜、電纜外皮、成型、固定產品、輸送機織帶、玩具和軟管。增塑PVC也用做皮革的替代品,可用于服裝和面料。

環氧化植物油在工業上已得到廣泛應用,如ESO賦予制品良好的機械性能、耐候性能及電性能,除了廣泛地用于塑料門窗、管材、室內裝潢材料、電線電纜及薄膜之外,還可用來制作要求很高的攝影膠片等,及作為生產電冰箱門上密封墊的專門增塑劑。

ESO用來作為輔助增塑劑,具有優良的熱加工和柔性,在典型的擠出加工溫度下,經過對PVC聚合物進行測試,ESO已被發現,適用于典型的PVC穩定劑的配方,有助于在現有技術上提高2%~3%的水平。為了進一步提高高溫穩定性,可以加入如鋅、鈣硬脂酸鹽金屬皂與PVC、ESO組成復合熱穩定劑。

ESO可用于制備偏氯乙烯聚合物,偏氯乙烯聚合物具有優良的熱穩定性  。

2.穩定劑

環氧化合物包括ESO、EPSO、環氧亞麻籽油等。其中環氧油酯最常用于PVC輔助穩定劑,無毒,在一定程度上是作為輔助增塑劑、熱穩定劑,用于生產半硬質和硬質PVC制品。

PVC的降解始于脫氯化氫反應,而脫氯化氫往往從烯丙基氯開始,氯化氫的存在則加快PVC的降解速度,使之很快形成一種多烯的鏈結構。

PVC受熱時,顏色由無色透明轉變成褐色,表現出長共軛多烯鏈區結構上的特點。多烯鏈區的氧化也會產生羰基和過氧化氫基團,這些基團導致PVC發生一系列的物理變化使顏色加深。ESO本身的環氧基為氯化氫的吸收體,可以和烯丙基氯發生反應部分除掉烯丙基,由此延緩了PVC的降解。因此,ESO也是PVC有效的熱穩定劑。作為含三元環氧的環氧大豆油能和有機錫產生協同效應,長期發揮熱穩定性和光穩定性,能減少昂貴的有機金屬鹽穩定劑的用量 。

3.化妝品增塑劑

化妝品成分組成中有效的增塑劑和溶劑,用于成膜物質,其中增塑劑為環氧油,用于構成指甲油成分,化妝產品或護發產品。

按重量計,增塑劑用于成膜材料中由3%~15%的增塑劑組成,15%~35%成膜物質和溶劑等。這些塑化劑具有使用上的靈活性,而不削弱整體性能。如ESO、環氧亞麻油、EPSO以及它們的混合物。合適的環氧化油用于化妝品成分作為指甲油組分**黏度,是200~400 mPa·S  。

4.口香糖

環氧大豆油可作為柔軟劑添加到口香糖,可以優化口感。該柔軟劑,也被稱為增塑劑和塑化劑,一般加量約5%~15%(重量),用于生產口香糖使用的彈性體增塑劑包括醋酸三甘油酯、EPSO、卵磷脂,以及它們的復合組分  。相比于其他增塑劑,環氧大豆油有毒性幾乎沒有,而且價格低廉等的優點。

5.生物降解農膜

ESO可與檸檬酸聚合,在牛皮紙上形成聚酯涂層,用于制造可生物降解的農膜。這種涂層可提高紙的濕強度,降低紙的降解速度。

環保型增塑劑可以用于生物聚合物??梢愿纳粕锞酆衔锏男阅?,使之更加靈活和/或改變流動特性。多數生物聚合物可以使用大量環保型增塑劑。包括甘油、醋酸三甘油酯、環氧油酯等。

對以石油為基礎的高分子材料日益增長的需求使石油已日漸枯竭。廉價、可生物降解高分子材料的開發,對油脂基高分子材料的開發是一種補充,可以極大地擴大和發展多樣化的生物油市場,同時改善環境,減少對石油產品的依賴。用于橡膠的增塑劑,可以是不從石油中提取的材料,不論是合成或天然,具有增塑劑功能的均可應用。該增塑劑還包括這些化合物的衍生產品

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環氧大豆油的生產方法

目前,環氧大豆油的生產方法主要有溶劑法和無溶劑法兩大類,具體生產方法主要有過氧甲酸氧化法、離子交換樹脂催化法、硫酸鋁催化法、過氧羧酸氧化法以及相轉移催化氧化法等。

1.過氧甲酸氧化法

該工藝以苯為溶劑,硫酸作催化劑,甲酸和過氧化氫在硫酸存在下,生成過氧甲酸,再與大豆油進行環氧化反應生成環氧大豆油。

2.過氧羧酸氧化法

甲酸或乙酸與過氧化氫在催化劑硫酸的作用下反應生成環氧化劑,在一定溫度范圍內將環氧化劑滴加到大豆油中,反應完畢后經堿洗滌、水洗滌、減壓蒸餾得到產品。目前,大多數的生產企業都采用甲酸作為環氧化的活性氧載體,使用中應注意甲酸和部分甲酸分解生成的一氧化碳的毒性。

3.離子交換樹脂催化法

該工藝的特點是工藝簡單,生產流程短,能耗低,設備投資少,生產安全,所得產品質量好,不含任何有毒溶劑,不足之處是環化時間比較長。

4.硫酸鋁催化法

甲酸與雙氧水在催化劑硫酸鋁的作用下反應生成環氧化劑,然后在一定溫度范圍內將環氧化劑加入到大豆油中,反應完畢后經堿洗、水洗、減壓蒸餾得到環氧大豆油。該工藝反應活性高,后處理容易,收率可以高達96%,與陽離子交換樹脂催化法相比,催化劑成本低,不足之處是所用催化劑需要嚴格控制Fe2+的含量,含鐵量過高,Fe2+在雙氧水存在下易起催化作用,加快雙氧水的分解,不利于環氧化反應的進行。同時,Fe2+還會引起物料溫度急劇升高,難于控制環氧化反應溫度。

5.相轉移催化氧化法

以乙酸乙酯為溶劑、甲基三辛基硫酸氫銨為相轉移催化劑,用30%(質量分數)過氧化氫溶液直接環氧化大豆油合成了環氧大豆油。實驗結果表明,無羧酸條件下,以過氧化氫為氧化劑可以成功地實現大豆油的環氧化,在溶液pH為2、反應溫度60℃、反應時間7h的條件下,產物的環氧值為6.27%,碘值為5.80g/100g。此方法避免了反應中生成過酸,副產物生成量減少,提高了產品質量。

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