Substituição de matéria-prima de base biológica para poliaspártico

Quatro Rotas Técnicas para a Substituição de Matérias-Primas de Base Biológica em Tecnologia Ambiental Poliaspártica

1. Monômeros à base de óleo vegetal

Matéria-prima principal: Óleo de rícino (mais de 80% do PAE de base biológica é sintetizado a partir desta fonte)

Rota química: Óleo de rícino → Hidrólise → Ácido ricinoleico → Ácido sebácico → 1,10-Decanodiamina → Monômero PAE de base biológica

Vantagens:

• A estrutura de hidroxi-ácido graxo confere flexibilidade (alongamento na ruptura > 250%).
• Hidrofobicidade natural (ângulo de contato com a água > 95°).

Limitações: Baixo fluxo em baixas temperaturas (requer plastificantes de base biológica, como citrato de tri-n-butila).

2. Monômeros de fermentação de açúcar

Monômeros representativos:

• 1,5-Diaminopentano (da descarboxilação da lisina) → usado para sintetizar PDI de base biológica (diisocianato de pentametileno).
• Ácido succínico (fermentação de E. coli) → usado para preparar extensores de cadeia de base biológica.

Características de desempenho:

• A estrutura de cadeia alifática melhora a resistência à hidrólise (após fervura em água a 100 °C por 240 h, retenção de adesão > 90%).
• Reatividade é ~30% maior que a do PAE à base de petróleo (reduz o tempo de secagem da superfície para 8 minutos).

3. Monômeros derivados de lignina (direção de avanço)

Rota técnica: Lignina → vanilina → aminas aromáticas de base biológica → PAE modificado.

Valor de inovação:

• Introduz anéis fenil rígidos; a dureza aumenta para 3H (dureza do lápis).
• Propriedades de absorção de UV (envelhecimento QUV 3000 h, ΔE < 1,5).

Pesquisa representativa: Série LigniPoly™ desenvolvida pela VTT (Finlândia), teor de base biológica 40%.

4. Monômeros derivados de CO₂ (exploração de fronteira)

Princípio técnico: CO₂ industrial capturado + óleos vegetais epoxidados → carbonatos cíclicos → aminólise para formar PAE.

Valor ambiental: Cerca de 0,3 t de CO₂ fixado por tonelada de resina (a pegada de carbono da ACV pode ser negativa).

Estratégias de Otimização de Desempenho para Resinas PAE de Base Biológica

Estrutura de Decisão de Seleção Técnica para Tecnologia Ambiental Poliaspártica

Comece pela necessidade da aplicação: primeiro decida se a cura acima de 100 °C é necessária. Se sim, priorize sistemas rígidos de lignina/FDCA e, em seguida, avalie os limites de cor—use a modificação direta da lignina quando a cor for aceitável, ou mude para lignina descolorida mais FDCA quando for necessária baixa cor. Se a cura acima de 100 °C não for necessária, pergunte se a secagem rápida (<10 min) é necessária; se sim, escolha um PDI à base de açúcar com um sistema catalisado por nanocelulose e, se não, selecione um sistema flexível à base de óleo de rícino.

Essenciais de Política e Certificação

Certificações internacionais:

• ISCC PLUS (certificação de balanço de massa).
• USDA BioPreferred® (requisito mínimo de teor de base biológica para revestimentos industriais: 25%).

Direções para Avanços Técnico-Econômicos

Controle de custos de matéria-prima

• Desenvolver óleos de culturas energéticas (por exemplo, óleo de camelina) para substituir o óleo de rícino de qualidade alimentar.
• Processos catalisados por enzimas para reduzir o consumo de energia (a bio-aminação da Evonik reduz o uso de energia em ~60%).

Desenvolvimento de desempenho premium

• Incorporar componentes funcionais (por exemplo, grafeno para condução térmica, íons de prata para efeitos antibacterianos).
• Desenvolver poliureia degradável (hidrólise desencadeada por esterase) para filmes de cobertura morta agrícola.

Desenvolvimentos Mais Recentes

O Instituto de Química Aplicada de Changchun, Academia Chinesa de Ciências, alcançou a polimerização in situ com nanocristais de celulose: a dureza do PAE de base biológica aumentou em ~50% com apenas ~10% de aumento de custo.

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