绿色增塑剂的研究开发新进展
新型环保型增塑剂柠檬酸三丁酯合成的研究进展
第39卷第2期2011年2月化 工 新 型 材 料N EW CH EM ICAL M A T ERIA L S V ol 39N o 2 23作者简介:魏亚魁(1987-),男,硕士研究生,研究领域:精细化学品合成与技术。
联系人:韩相恩(1996-),男,博士,教授,研究方向:精细化学品合成与技术。
新型环保型增塑剂柠檬酸三丁酯合成的研究进展魏亚魁1 韩相恩1,2* 魏贤勇1 王兴涌1(1 中国矿业大学化工学院,徐州221116;2 中国矿业大学煤炭加工与高效洁净利用教育部重点实验室,徐州221116)摘 要 介绍无毒增塑剂柠檬酸三丁酯的性能、用途、合成原理与生产工艺流程。
对催化合成柠檬酸三丁酯的研究进行综述,通过比较分析得出,开发新型的固体酸催化剂将对柠檬酸三丁酯的合成研究及工业化起到促进作用,并展望了其发展前景。
关键词 柠檬酸三丁酯,增塑剂,酯化,催化,柠檬酸Reach progress of catalytic synthesis of new green plasticizer tributyl citrateWei Yakui 1 H an Xiang en 1,2 W ei Xiangy ong 1 Wang Xingy ong 1(1、Scho ol o f Chemical Eng ineering and Technolog y,China University of M ining and Technolog y,Xuzho u 221116;2 Key Laboratory of Coal Processing &Efficient Utilization,M inistry o f Educatio n,China U niversity of M ining and T echno logy,Xuzhou 221116)Abstract Intro duced perfo rmance,applied sco pe,synthesis theo ry and pr oductio n pr ocess of non to xic plasticizertributy l citr ate.Cataly tic sy nthesis o f t ributyl citr ate w as r eview ed.T hr ough co mpa rativ e analy sis,the new so lid acid cata lyst w ill be useful fo r the synthesis o f tr ibuty l cit rate.T his catalyst w ill play an impo rtant ro le in promo ting indust rializa t ion.T he pro spects for development were fo recasted.Key words tributy l citr ate,plasticizer ,esterificatio n,cat aly sis,citr aco nic acid柠檬酸酯系列增塑剂是一种绿色环保的新型增塑剂,成为传统增塑剂邻苯二甲酸二辛酯(DO P)的绿色替代品,受到了广泛关注。
生物基原料合成绿色无毒增塑剂新技术研究
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新型增塑剂研究进展
《高分子材料加工助剂》论文新型增塑剂研究进展学院名称：专业班级：学生姓名：学号：任课教师姓名：2013年12月新型增塑剂研究进展摘要：增塑剂是塑料工业中不可缺少的辅助材料，其机理研究、品种开发和应用效果直接关系着塑料制品加工技术的提高。
增塑剂是一种加入到高分子聚合体系中能增加它们的可塑性，柔韧性或膨胀性的物质。
典型的例子就是现在生产中最常用的邻苯二甲酸酯类。
但近来发现邻苯二甲酸酯类的增塑剂有致癌致畸作用，越来越多的国家和地区开始限制邻苯二甲酸酯类增塑剂的使用。
从发展趋势来看，无毒、环保型增塑剂的份额将会逐步提高。
严峻的国际国内形势必将促使我国增塑剂生产企业加大研发力度、快速研究开发出新型、绿色、环保的增塑剂新品种。
关键词：增塑剂；邻苯二甲酸类；新型增塑剂一、邻苯二甲酸类增塑剂的发展阻力欧盟是较早开始对邻苯二甲酸酯毒性进行调研评估并且对其使用进行限制的域。
早在1998年欧盟已经收集了含有邻苯二甲酸酯的玩具可能被3岁以下儿童放入口中并危害儿童健康的科学依据。
根据这些证据，欧盟于1999年出台了临时性的邻苯二甲酸酯类限用法规，对儿童玩具中邻苯二甲酸酯的含量进行临时性的限定。
至今，欧盟的增塑剂禁令主要涉及儿童玩具，食品包装和化妆品3个领域，共有16项标准对使用进行了限制。
美国在2002年医疗用品中邻苯二甲酸二一2一乙基己酯(DEHP)的溶出问题就引起了FDA的关注。
真正的邻苯二甲酸酯限用令始于2007年。
规定只有在聚合物涂层中允许使用邻苯二甲酸二乙酯，并且使用量不得超过共聚物干重的2％。
迄今为止，美国共有9项针对邻苯二甲酸酯的标准。
国内关于邻苯二甲酸酯类增塑剂的标准共有17项，其中7项针对食品包装中的7种邻苯二甲酸酯，5项针对饮用水中3种邻苯二甲酸酯邻苯二甲酸酯。
[1] 由此可见邻苯二甲酸类增塑剂的发展有着十分大的阻力，开发新型绿色环保的增塑剂迫在眉睫。
二、新型环保增塑剂开发进展目前科学家们已经开发了多种前景较好的增塑剂。
植物基环保型增塑剂应用进展分析报告
植物基环保型增塑剂应用进展分析报告摘要本研究的目的是对设计和开发环保增塑剂利用玉米秸秆生产分离重质组分为原料L.植物橡胶油（pbro）增塑剂的二元醇反应物（多元醇）与邻苯二甲酸酐的重质组分（PA）（摩尔比为2：1多元醇/ PA）在T180温度范围190ºC的主要优点是，这种物质不含任何有害物质的十六多环芳烃（多环芳烃）和38有害物质在欧盟范围内记录的多环芳烃（多环芳烃）的研究。
在丁腈橡胶的增塑，pbro用量达到25份（每百橡胶配件），但增塑作用对pbro不如普通橡胶油（石蜡油、环烷油、芳烃油和邻苯二甲酸二辛酯）。
在SBR的pbro塑化，最大使用量为20 phr。
虽然M力学性能下降；耐老化性、热稳定性（对pbro最大失重温度为302ºC）略高于普通橡胶油。
关键词：生物基；增塑剂；环境保护；分馏重组分。
介绍作为中国生物化工行业的龙头企业，长春大成集团作为世界50大最创新公司美国快速公司杂志2011，排名46 [ 1 ]。
原因是，大成首先实现了大规模工业化的植物多元醇的玉米秸秆在全球的生产，这是一个里程碑式的发明后，生物能源（生物乙醇，生物柴油），以及生物乙二醇（乙二醇）/丙二醇（二）从玉米在后石油时代，以减少对石油的依赖。
完成这一创举，大成开始两步策略。
这个第一步，在2007年底，世界上第一个200000吨生产线植物多元醇以玉米淀粉成功投产。
三年后运行，工厂，例如，计划T-PG已被国内和国际化工市场供不应求的认可。
第二步，大成已经完成了一个基于玉米基因植物多元醇10000吨生产线AW 2011。
大城将有200000吨的植物多元醇投入国内外化工年产2015的市场，这将有助于减少我国化学工业的依赖在石油工业。
然而，常见的问题是在大规模的工业生产的生物质原料，以取代石油化工生产分馏重组件的应用程序开发的问题产品[ 2 ]。
作为石油化工路线相同，分离重质组分（析）植物多元醇生产线似乎可以被用来作为增塑剂的材料。
聚氯乙烯环保型增塑剂的研究进展
聚氯乙烯环保型增塑剂的研究进展金栋（北京燕山石油化工公司研究院，北京102500）摘要：概述了聚氯乙烯环保型增塑剂柠檬酸三酯类和环氧类的研究进展，指出了其发展趋势及在中国的发展前景。
关键词：聚氯乙烯；增塑剂；柠檬酸三丁酯；环氧大豆油中图分类号：TQ314.24文献标识码：B文章编号：1009－1785(2010)10－0006-04聚氯乙烯目前在加工过程中需要使用的增塑剂主要是邻苯二甲酸酯类产品。
邻苯二甲酸酯类增塑剂具有增塑制品弹性性能良好，耐久性能突出，尤其在PVC软制品（软质人造革、玩具等）领域得到了广泛应用。
由于邻苯二甲酸酯类增塑剂存在潜在的致癌性，国外已经严格控制其使用。
中国也已经制订了相关的法律和法规，将逐步淘汰邻苯二甲酸酯类在食品包装材料、医疗器具以及儿童玩具等方面使用。
因此，传统增塑剂的应用领域受到限制，研究开发新型环保型增塑剂已经成为当务之急。
环保型增塑剂种类很多，综合考虑增塑剂的性能与价格因素，目前研究较多、应用比较广泛的环保型增塑剂主要有环氧类增塑剂和柠檬酸三酯类增塑剂。
1· PVC增塑剂的作用机理纯PVC树脂属于强极性聚合物，分子间作用力较大，软化温度和熔融温度较高，加工温度为160～210℃。
另外，PVC分子中的取代氯容易导致树脂脱HCl，从而引发降解反应。
PVC对热极不稳定，温度升高会促进PVC脱HCl反应，纯PVC在120℃时就开始发生脱HCl反应，导致PVC降解。
增塑剂的作用机理是将极性增塑剂的分子插入PVC树脂的分子链中间，增大分子间的距离，PVC分子链的极性部分和增塑剂的极性部分相互作用，降低熔体黏度，增加分子链的柔顺性。
这样的PVC增塑剂体系即使在冷却时，增塑剂仍然留在原来的位置上，从而削弱了PVC分子间的作用力。
增塑剂的加入量越多，其体积效应越大，而且长链形状结构增塑剂比环状结构增塑剂的体积效应大。
也就是说，对抗塑化作用的主要因素是聚合物分子链间的引力和聚合物分子链的结晶度，而它们则取决于聚合物的化学结构和物理结构。
新型无毒增塑剂的研究进展与发展前景
分散固相萃取的样品处理方式， 建立了测定饮料、 牛 奶、 白酒 3 类食品中 16 种邻苯二甲酸酯类增塑剂的
绿色增塑剂环氧大豆油的开发
绿色增塑剂环氧大豆油的开发随着人们环保意识的逐步增强,世界各国对增塑剂提出了更高的卫生要求。
目前主要使用的邻苯二甲酸酯类增塑剂,由于属低分子物质,挥发性较大,容易在环境中散逸,进入人体或动物体内会产生仿雌性激素,具有潜在的致癌危险性,在许多国家其生产、应用已受到相关法规(如欧盟RoHS环保指令)的严格限制。
同时我国也于2006年颁布中国版的RoHS指令以及2008年6月1日实施对塑料袋的“限塑令”。
这些环保法规的实施,对增塑剂生产企业来说,是挑战更是机遇。
而且,邻苯二甲酸酯类增塑剂来源于石油,近年来,能源危机不断加剧,原油大幅涨价带动了增塑剂成本急剧上涨,发展明显减缓,增塑剂面临产品结构和品种调整。
由可再生植物资源制备的环氧大豆油,作为性能优越的新型环境友好增塑剂,已受到越来越多塑料加工业和增塑剂生产企业的高度关注,被视为邻苯二甲酸酯类增塑剂的良好替代品之一,应是增塑剂行业产品调整的方向。
文章综述了环氧大豆油的合成工艺及生产现状、性能与用途,并指出环氧大豆油应用的发展趋势。
1合成工艺五十年代初,国外开始生产环氧大豆油,主要生产国有美国、英国、德国、日本和前苏联。
从七十年代起,环氧大豆油生产工艺由有机溶剂法转向无溶剂法,从间歇式生产转向连续化生产,从单一型催化剂向复合型发展。
我国于六十年代初期开始批量生产环氧大豆油,制备方法主要有溶剂法和无溶剂法。
前期采用溶剂法生产,由于存在溶剂回收困难、生产周期长、产品质量差、成本高、环境污染大等缺点,发展速度缓慢[1]。
从八十年代起开始研究无溶剂法合成工艺,九十年代取得了较大发展,已逐步取代溶剂法生产工艺。
无溶剂法生产工艺以大豆油为基料,不同的合成工艺选用不同的有机羧酸(主要为甲酸或乙酸)、氧化剂、催化剂、稳定剂等。
原料大豆油使用精油和粗油均可,精油直接进行环氧化反应,而粗油需预先精制。
温占平[2]等以碱性介质对粗豆油进行精制工艺研究,取得了较好效果。
根据有机羧酸使用情况,环氧大豆油合成工艺可分为过氧羧酸氧化法、无羧酸催化氧化法(属于溶剂法),而过氧羧酸氧化法使用的催化剂主要有浓硫酸、离子交换树脂、硫酸铝、相转移催化剂、杂多酸(盐)等。
增塑剂的绿色合成
增塑剂的绿色合成Xxxx xxx 班xxx xxxxxxxx 摘要：综述近几年来增塑剂在绿色合成方面的研究和发展，并对增塑剂在绿色合成方向发展提出建议。
关键词：增塑剂绿色合成综述塑化剂（英语：Plasticizer ），或称增塑剂、可塑剂，是一种增加材料的柔软性或是材料液化的添加剂。
增塑剂是目前塑料橡胶用量最大的助剂品种，以邻苯二甲酸酯类增塑剂的生产与消费量最大，增塑剂约85%消费量用于PVC树脂，另外适用于纤维素树脂、不饱和聚酯、环氧树脂、醋酸乙烯树脂和某些合成橡胶制品中。
增塑剂的种类繁多，目前商品化的有500 多种，其中以邻苯二甲酸酯类增塑剂的生产和消费量最大（尤其是邻苯二甲酸二辛酯（DOP）、邻苯二甲酸二丁酯（DBP）），为69%，以下是脂肪族类占8%、环氧类占7%、对苯二甲酸酯类占4%，其他占2%。
以往增塑剂的绿色合成都是高污染高消耗型的生产。
对环境造成了很大的污染。
在绿色化学的倡导下，人们在增塑剂的绿色合成方面取得了不少新的进展和成就。
1 增塑剂的生产工艺状况。
目前我国工业酯化反应一直依赖于质子酸作为催化剂，主增塑剂DOP DBP等产品的工业化生产以催化剂来划分主要有两种生产方法：（1）以硫酸为催化剂的酸性催化法，技术成熟可靠，能耗低。
但后处理需中和，废水处理较复杂，回收醇须处理再回用；（2）非酸触媒催化法，技术成熟可靠，产品质量好，废水量少且易处理，回收醇质量高，对设备腐蚀性少，总投资费用省，但催化剂活性低于硫酸，反应温度较高，需40kg/cm2 中压蒸汽（或加热油炉），此法为目前大多数生产厂家采用。
两种方法均有缺陷，国内外都在寻找催化效率高、生产过程废水排放量小或不产生废水的绿色合成工业化生产方法，以进一步提高工业增塑剂产品的质量，改善工业生产环境，减小对环境的污染。
2 各种增塑剂绿色合成的发展。
由于增塑剂种类较多，而且各种增塑剂的使用量有着明显差距，因而在绿色合成方面的研究也千差万别，进展各不相同。
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绿色增塑剂的研究开发新进展
综述了国内关于绿色增塑剂的最新研究进展，介绍了柠檬酸酯类、环己烷二羧酸酯类、环氧植物油基类和聚酯类等增塑剂的
合成方法、性能以及应用现状，并对绿色增塑剂的应用前景做了展望。
标签：增塑剂绿色研究进展
增塑剂是聚氯乙烯塑料制品的主要添加剂，邻苯二甲酸酯类作为主要的增塑剂尽管具有较为优良的使用性能，近年来发现其对人体具有潜在的危害和对环境的污染，各国家和地区已制定一系列法律法规或出台了一系列政策限制其在儿童玩具、医用塑料、食品等领域使用。
国内随着日益严格的卫生安全要求，所以，用新型环保增塑剂取代传统增塑剂已经成为大势所趋。
目前增塑剂正朝着相对分子量高、环境友好且易降解的方向发展。
近几年来，替代邻苯二甲酸酯类增塑剂的柠檬酸酯、环己烷二羧酸酯类、环氧植物油基类、聚酯类增塑剂的研究取得了一定发展。
本文就以上几个品种增塑剂的最新研究进展进行综述，提出国内绿色增塑剂的发展建议，以期促进增塑剂行业的快速发展。
1 柠檬酸酯类增塑剂
以植物发酵生产的柠檬酸为原料酯化合成的柠檬酸酯增塑剂，作为无毒、安全的绿色增塑剂已在国内外工业化生产。
主要品种有柠檬酸三乙酯、柠檬酸三正酯、乙酰柠檬酸三丁酯、柠檬酸三正己酯等。
其中TBC和ATBC的应用较为普遍。
彭文勇等[1]以乙醇为带水剂，以柠檬酸和乙醇为原料，进行高纯度柠檬酸三乙酯的合成，最佳工艺：催化剂Wellcat-s用量为柠檬酸质量的1.0%，n（乙醇）：n（柠檬酸）=
10：1，反应温度120～130℃，反应时间15h，酯化率99.5%。
王勤等[2]以可膨胀石墨为催化剂，柠檬酸和正丁醇为原料，合成柠檬酸三丁酯，最佳反应条件：柠檬酸0.2mol，n（柠檬酸）：n（正丁醇）=1：4.5，催化剂1.0g，反应时间4.5h，酯化率99.3%，且催化剂可使用6次。
乙酰柠檬酸三丁酯有很好的安全性与出色的增塑性，被认为是邻苯二甲酸酯类增塑剂的合格替代品。
郭康斌等[3]以乙酸酐和柠檬酸三丁酯为原料，以[NH （CH2）5CO]HSO4 酸性离子液体为催化剂合成乙酰柠檬酸三丁酯，乙酸酐用量少，收率98.7%，催化剂重复使用5次。
叶媛园等[4]以活性炭固载对甲苯磺酸为催化剂，合成了柠檬酸三（2-丙基庚）酯，最佳合成条件为：催化剂用量为柠檬酸质量的1.5%，反应时间6 h，醇酸摩尔比3.7：1，反应温度140℃，酯化率99.5%。
产品可作主增塑剂使用，比TBC、TEHC更好的热稳定性。
2 环氧植物油基增塑剂
环氧植物油基增塑剂，不仅具有良好的增塑作用，且结构中含环氧基团，能吸收聚氯乙烯（PVC）因光和热降解出来的氯化氢，可赋予PVC良好的稳定性。
刘建平等[5]以丝瓜络为起始碳源，浓硫酸为磺酸化试剂，制备了丝瓜络基炭磺酸，以该炭磺酸为催化剂，以双氧水为氧源，甲酸为活性氧载体，采用无溶剂法合成了环氧大豆油。
工艺为：双氧水24ml、甲酸3.2ml、催化剂0.7g、反应温度65℃、反应时间3h，所得产品环氧值>6.5%，产品色泽透明。
胡云等[6]将大豆油经环氧化制成环氧大豆油（ESO），将ESO和9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物（DOPO）为原料，经开环反应，合成植物油基含磷阻燃增塑剂DOPO-ESO。
3 环己烷二羧酸酯类增塑剂
环己烷-1，2-二羧酸二烷基酯类增塑剂是一种非邻苯二甲酸酯类增塑剂，它具有邻苯二甲酸二辛酯（DOP）、邻苯二甲酸二异壬酯（DINP）等邻苯二甲酸酯类增塑剂类似的结构，具备DOP 和DINP 的性能，且可生物降解，无毒环保，使用价值更高，是邻苯二甲酸酯最为适宜的替代品。
环己烷-1，2-二羧酸二异壬酯（DINCH）是一种专为医疗设施、食品包装、儿童玩具等PVC 的敏感性应用。
欧远辉等[7]以六氢苯酐、异壬醇为原料，合成环己烷-1，2-二羧酸二异壬酯，最佳工艺条件：反应温度230℃，反应时间4h，n（异壬醇）：n（六氢苯酐）=2.8，催化剂0.25%。
该催化剂具有廉价易得、催化活性好、不腐蚀设备、无环境污染等优点。
程顺国等[8]以环己烷-1，2-二甲酸酐与异辛醇为原料，甲烷磺酸为催化剂，合成了DEHCH，最佳合成工艺为：醇酐摩尔比为2.6：1.0，催化剂用量为酸酐质量的0.25%，反应温度170℃，反应时间2h，酯化率97.89%。
DEHCH与DEHP 有着相似的增塑性能，可以作为一种替代邻苯二甲酸酯类的增塑剂。
德国巴斯夫公司针对传统邻苯二甲酸二元酯类增塑剂的致癌性，开发了一种创新的非邻苯二甲酸酯类增塑剂环己烷-1，2-二甲酸二元酯。
它是一种无色透明、几乎无味的液体，专为PVC 的敏感性应用而开发，在欧洲经过严格的毒理测试，可以通过RoHS、PAHS、无P等各项欧盟认证，用于高端的PVC 制品，成为玩具、食品包装、医疗用品等敏感软质PVC 产品的第一选择[9]。
4 聚酯类增塑剂
聚酯类增塑剂被称为“永久型增塑剂”，其高分子量，具有低挥发性、耐久性、耐油及溶剂抽提性的优点，且与高分子材料有较好的相容性，是未来增塑剂发展的方向。
周峰[10]以己二酸和四甘醇单体为原料，经酯化、缩聚合成聚（己二酸-四甘醇酯）聚酯增塑剂，合适工艺条件：醇酸摩尔比为1：1，催化剂用量为0.15%（原料的总质量），常压反应7h，-0.095MPa真空195℃下反应2.5h，得到粘度适中的聚（己二酸-四甘醇酯）。
刘三荣等[11]以1，2-丙二醇或二甘醇为溶剂，将工业副产物尼龙酸及活性炭按一定比例混合，N2保护下加热搅拌、溶解、经过一定时间后，热滤得尼龙酸二元醇溶液，再经酯化、缩聚等反应，合成了一系列环保型的尼龙酸聚酯增塑剂。
5 结语
综上所述，安全环保、低廉高效的绿色增塑剂代替传统邻苯二甲酸酯类是增塑剂行业发展的必然趋势，柠檬酸酯、环氧植物油基和聚酯等无毒、耐久等综合性能好的增塑剂品种的使用，发达国家占有比例高，而我国则很低，一些特殊用途的绿色增塑剂仍然需要进口，产业结构极其不合理，因此，我们在面对全球增塑剂行业生产大型化、产品规格细化、多功能化和环保化发展的趋势，应建立增塑剂产学研用联合机制，通过立法限制和政策引导相结合等方式激励增塑剂的应用基础研究和新技术开发工作，本着节约、环保、安全的原则，以油脂、柠檬酸等可再生绿色资源为原料，采用适合工业化生产的新催化剂和新合成工艺，降低成本，提高质量，研究和开发综合性能好、实用性强、加工性能理想、价廉、原料易得、可生物降解的绿色环保增塑剂，促进国内增塑剂产业的技术进步，打破技术贸易壁垒，重新占领国际市场，获得更大的经济效益。
参考文献：
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徐州工业职业技术学院科技基金资助（立项号：XGY201422）。
李敢（1976-），男，硕士，高级工程师，从事十余年有机产品的合成生产与研究，研发方向：特种助剂，药物中间体，功能高分子材料等。