Biosuccinium янтарная кислота в ТПУ и её влияние на химическую устойчивость

Лоуренс Тойниссен, Ричард Янссен, Reverdia, Гелен, Нидерланды

Реферат
Biosuccinium (янтарная кислота, SA) – это продукт на биооснове фирмы Reverdia. Применение Biosuccinium повышает содержание возобновляемых видов сырья в полиуретановых системах и значительно сокращает содержание углекислого газа при сохранении необходимых свойств системы в большинстве областей применения. Полиолы на базе сложных полиэфиров и Biosuccinium можно вводить в полиуретановые системы без особого труда. Различные ТПУ на основе МДИ  синтезируют методом One-Shot и титруют их с различными степенями твёрдости.

Механические свойства и динамика уже были детально описаны в предыдущей статье [1].

Эта статья показывает, что ТПУ на основе Biosuccinium (янтарной кислоты) отличаются отличной устойчивостью к действию определённых химикатов, часто используемых в промышленности.

Введение
Принимая во внимание следующие поколения и необходимость заботливого обхождения с располагаемыми природными ресурсами, за последние годы сильно возрос спрос на так называемые «зелёные материалы». Рост потребления нефти и как следствие непредсказуемые цены на это сырьё заставили искать альтернативы. Эти факторы вынудили промышленность к поиску эффективных способов и путей использования регенератов и рециклатов, а также возобновлямых видов сырья.

Негосударственные организации склоняют производителей известных брендов к тому, чтобы они предпочитали поставщиков, учитывающих эти аспекты, и предприятия уже включили это требование в свою стратегию. Возобновляемые материалы дают потенциальную возможность улучшить характеристики готовой продукции и соблюсти принцип устойчивого развития.

Biosuccinium и экологичные полиуретаны
Biosuccinium – янтарная кислота из возобновляемого природного сырья – добывается фирмой Reverdia, совместным предприятием фирм DSM и Roquette, патентованным способом путём ферментации дрожжей из сырья неископаемого происхождения.

Reverdia – первое и на сегодня единственное в мире предприятие, располагающее промышленной установкой для коммерческого производства биобазированной янтарной кислоты. Эта новая установка мощностью 10.000 тонн в год установлена на заводе фирмы Roquette в Кассано Спинола, Италия и находится в эксплуатации с конца 2012 года.

Кислоту Biosuccinium можно использовать в качестве полной альтернативы адипиновой кислоте в производстве полиолов на основе сложных полиэфиров и полиуретанов. В таблице 1 приведены примеры применения кислоты Biosuccinium в полиуретанах. Она повышает долю биопродуктов в системе и уменьшает так называемый углеродный отпечаток.

Polyurethane application

Biocontent
(typical)

CO2 reduction
/ kg product

Applications

TPU

~25%

~20%

Running shoes, rollers, cable/wire

PU elastomer

~10%

~30%

Castor wheels, shoe soles

PU flexible foam

~30%

~45%

Flexible foam

PU adhesive

~5%

~20%

Construction

PU coatings

~5%

~15%

Wood and furniture coatings

Таб. 1. Примеры влияния кислоты Biosuccinium на экологический баланс полиуретанов

Потенциал влияния на углеродный отпечаток приведен на основании аналитического исследования Biosuccinium LCA Studie [4] (производственный цикл, Институт Коперника, Нидерланды), которое показывает, что углеродный баланс Biosuccinium (0,9 кг CO2 эквивалент/кг кислоты) значительно ниже, чем баланс адипиновой кислоты на базе ископаемого сырья (9,0 CO2 эквивалент/кг кислоты). Это приводит к потенциальному общему сокращению баланса CO2 до 8 кг CO2-эквивалент/кг кислоты.

Характеристики полиуретанов на основе BiosucciniumЧтобы доказать практическую возможность улучшения экологического баланса полиуретанов, важно обеспечить сохранность необходимых для соответствующей области их применения свойств.

С этой целью было проведена сравнительная оценка Biosuccinium в качестве альтернативы адипиновой кислоте в полиолах на сложных полиэфирах и ТПУ.

Механические свойства (предел прочности при растяжении, истирание и т.п.) полиуретанов на основе Biosuccinium подробно приведены в предыдущей статье [1] и соответствуют показателям термопластичного полиуретана на основе адипиновой кислоты.

Однако в ходе сравнения были отмечены некоторые свойства полиолов на сложных эфирах и полиуретанов с примененим Biosuccinium, которые значительно отличаются от свойств продуктов на базе адипинатов. Имеют ли они практическое значение, зависит от области применения и её специфических требований, как показывают два ниже описанных примера.

Первый пример различия свойств в том, что полиолы на основе янтарной/1,4-бутандиокислоты очень легко кристаллизуются, что ведёт к очень высокой температуре плавления и сравнительно высокой вязкости полиола.
Это в свою очередь требует более высокой температуры переработки для синтеза ТПУ, с другой стороны, это свойство может дать преимущества в других областях применения, например, при использовании в термоплавких клеях.
Второй пример отличия характеристик, который будет подробно описан ниже, – отличная химическая стойкость ТПУ на базе Biosuccinium против действия многих традиционных химикатов.

Полиолы на основе сложных полиэфиров и 1,4-бутиленадипинатов используются в основном для производства ТПУ с хорошими общими характеристиками, включая хорошую химическую стойкость [3], но ТПУ на базе янтарной кислоты обладают значительно более высокой устойчивостью.

Сначала это свойство считалось проблемой; выяснилось, что 1,4-бутиленсукцинат-полиэстерполиол не растворяется в THF (2,4,7-тринитрофлуоренон), который применяется в качестве растворителя для определения кислотного и годроксильного индекса методом титрирования. Вместо этого пользовались спросом менее традиционные растворители, как хлороформ и о-крезол.

Дальнейшие исследования показали, что не только полиэстерполиол, но и ТПУ на основе Biosuccinium обладают повышенной химической стойкостью. Это может быть полезно в таких областях применения, где полиуретан вступает в контакт с химикатами (например, обувь, перчатки, шланги, трубки). Это очень ценно в таких областях, где в контакте с химикатами заключается смысл использования полиуретана – транспортировка и перекачка химических компонентов, уплотнения, мембраны и т.п. Эти свойства важны и в печатных красках, где растворитель и сложный полиэфир или полиуретан являются компонентами конечного продукта, и взаимодействие твёрдого компонента (полиэфир, полиуретан) и растворителя (MEK, метилэтилкетон) имеет решающее значение.

Детали по свойствам химической устойчивости имеются в издании ФАПУ 78 на английском и немецком языках. Статью можно приобрести в формате PDF или в виде печатного издания.

banner_fixed
banner_default