生物基抗氧劑在綠色化工中應(yīng)用與發(fā)展

張偉 楊進(jìn)

摘 要：高分子材料向綠色、環(huán)保方向發(fā)展是當(dāng)前行業(yè)熱點(diǎn)與趨勢(shì)，生物基抗氧劑是助推高分子材料行業(yè)綠色、健康、安全、環(huán)?；纳?jí)產(chǎn)品，本文介紹了生物基抗氧劑的概念、原料、應(yīng)用及研究進(jìn)展。

關(guān)鍵詞：生物基抗氧劑;綠色化工;應(yīng)用;發(fā)展趨勢(shì)

高分子材料行業(yè)由傳統(tǒng)觀念“資源-產(chǎn)品——廢棄物”為“資源——產(chǎn)品——再生資源——再生產(chǎn)品”的生態(tài)觀念，目的是以盡可能少的資源消耗和最低的環(huán)境代價(jià)，為高分子材料生產(chǎn)加工獲取最大的經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)出和最少的廢物排放，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、環(huán)境與社會(huì)效益的三統(tǒng)一。生物基抗氧劑與傳統(tǒng)的以化學(xué)品作為原料合成的添加劑有很大的區(qū)別，其原料來(lái)自于可再生生物質(zhì)，具有綠色、經(jīng)濟(jì)、可循環(huán)再生等特性。隨著石油資源的日益減少以及社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的要求，以生物基為原料生產(chǎn)的化工產(chǎn)品是人類實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必由之路、可以緩解抗氧劑行業(yè)對(duì)石化產(chǎn)品的依賴以及由此引發(fā)的環(huán)境污染等問(wèn)題。因此，研發(fā)生物基產(chǎn)品已經(jīng)成為世界科技創(chuàng)新領(lǐng)域的前沿趨勢(shì)。

1.生物基抗氧劑的概念

生物基抗氧劑是由生物基原料代替?zhèn)鹘y(tǒng)化學(xué)原料合成，生物基原料來(lái)源廣泛并具有可再生性，可以節(jié)約我國(guó)的化石原料資源，十分有利于發(fā)展我國(guó)的循環(huán)經(jīng)濟(jì)。目前，以生物基材料為原料進(jìn)行抗氧劑新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、合成與應(yīng)用研究成為抗氧劑行業(yè)研究的熱點(diǎn)。

2.生物基原料

生物基原料是指一些可再生生物質(zhì)，包括農(nóng)作物、樹(shù)木和其它植物及其提取物等，其特點(diǎn)是綠色無(wú)毒、對(duì)環(huán)境友好、可循環(huán)再生。目前研究使用較多的生物基原料主要有腰果酚、天然脂肪醇、天然甜味劑、天然抗氧劑等[1]。采用該類天然化合物為原料合成的抗氧劑，具有綠色、環(huán)境友好、原料可再生以及可生物降解的特性，在工農(nóng)業(yè)、國(guó)防等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，可緩解環(huán)境和能源壓力，同時(shí)對(duì)促進(jìn)可再生能源產(chǎn)業(yè)升級(jí)、能源多元化具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，符合綠色化學(xué)的定義以及國(guó)家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略要求。

（1）腰果酚

腰果酚是一種從天然腰果殼油中提煉的有機(jī)物，來(lái)源廣泛，儲(chǔ)量巨大，屬于綠色環(huán)保的化工原料。腰果酚含十五烯基間位酚，使其具有酚羥基、酚羥基的鄰對(duì)位、烯鍵等多個(gè)反應(yīng)位點(diǎn)，利用腰果酚的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可以在聚合物分子中生成新的官能團(tuán)來(lái)合成新結(jié)構(gòu)的抗氧劑。此外，腰果酚還在表面活性劑、膠黏劑及涂料等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，是目前能夠投入實(shí)用的最廉價(jià)、最易得、最現(xiàn)實(shí)的生物基高分子原材料。

（2）天然脂肪醇

脂肪醇是指碳鏈長(zhǎng)度大于8個(gè)、羥基位于碳鏈末端上的直鏈醇。天然脂肪醇是從天然動(dòng)植物油脂（椰子油、棕櫚油和牛油等）中提取，具有環(huán)保、來(lái)源廣泛并可再生三大優(yōu)勢(shì)。天然脂肪醇價(jià)格低廉、產(chǎn)品無(wú)毒、安全可靠，符合綠色發(fā)展的觀點(diǎn)。天然脂肪醇分子結(jié)構(gòu)中的羥基可反應(yīng)制備一系列脂肪醇衍生物，是生產(chǎn)增塑劑、抗氧劑、表面活性劑和潤(rùn)滑油等添加劑的重要基礎(chǔ)原料。

（3）天然甜味劑

糖醇類的甜味劑主要有木糖醇、山梨醇、果糖、赤蘚糖醇等，以木糖醇為例，木糖醇在自然界中分布范圍廣泛，可從白樺樹(shù)、玉米芯、甘蔗渣等植物原料中提取，商品木糖醇主要是將農(nóng)業(yè)植物纖維（如玉米芯、甘蔗糖等）經(jīng)水解、加氫制取的，是一種普遍的生物基多元醇，外觀為白色結(jié)晶粉末，屬于綠色環(huán)保原料，具有可再生、價(jià)格低廉、來(lái)源豐富、性能優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于口香糖、防齲齒牙膏、化妝品、藥品及食品等。

3.生物基抗氧劑的應(yīng)用

高分子材料向綠色、環(huán)保方向發(fā)展是當(dāng)前行業(yè)熱點(diǎn)與趨勢(shì)，生物基抗氧劑是助推高分子材料行業(yè)綠色、健康、安全、環(huán)?；纳?jí)產(chǎn)品，生物基抗氧劑具有環(huán)境友好、無(wú)污染性殘留物，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)無(wú)不良影響的特點(diǎn)。隨著世界經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展及資源的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)，塑料制品遍布在我們生活的每一個(gè)角落，生物基抗氧劑可以用于與食品接觸的包裝材料如餐盒、水杯等制品中，以及醫(yī)療器械領(lǐng)域，例如輸液管、注射器、防護(hù)服等，此外還可應(yīng)用于航空航天、汽車、高鐵、手機(jī)等高端制造領(lǐng)域，例如火箭密封圈、汽車保險(xiǎn)杠、飛機(jī)及高鐵的內(nèi)飾、座椅和手機(jī)外殼等。生物基抗氧劑具有很好的耐遷移性，且容易降解，不會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生危害，通過(guò)添加生物基抗氧劑，可增強(qiáng)產(chǎn)品性能，延長(zhǎng)使用壽命。

4.生物基抗氧劑研究進(jìn)展

抗氧劑主要分為受阻酚類和受阻胺類主抗氧劑、亞磷酸酯類和硫代二丙酸酯類輔助抗氧劑以及其他專用抗氧劑。目前市場(chǎng)上多家抗氧劑生產(chǎn)商及研究機(jī)構(gòu)已經(jīng)著手開(kāi)發(fā)生物基抗氧劑，部分產(chǎn)品進(jìn)入試用階段。蔣建春等以腰果酚為原料制備了一種環(huán)氧腰果酚類受阻酚抗氧劑，其抗熱氧化性能優(yōu)于通用型抗氧劑2，6-二叔丁基對(duì)甲苯酚。曹標(biāo)制備了一種生物基液體亞磷酸酯抗氧劑，以腰果酚、三氯化磷、異辛醇為原料，制備工藝路線短，反應(yīng)條件溫和、收率較高、操作簡(jiǎn)單、工藝綠色環(huán)保，特別適用于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景與市場(chǎng)潛力。付建英等將腰果酚加氫轉(zhuǎn)化為間十五烷基酚，與三氯化磷、季戊四醇等反應(yīng)制備了兩種亞磷酸酯類抗氧劑。應(yīng)用試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)其耐熱穩(wěn)定性、抗水解穩(wěn)定性與抗氧劑168相當(dāng)，是一種良好的亞磷酸酯抗氧劑。李中映等以木糖醇為原料，通過(guò)與3，5-甲酯進(jìn)行酯交換反應(yīng)制備了一種五元受阻酚抗氧劑，與聚合物具有良好的相容性和結(jié)合性，還具有良好的耐抽提、耐揮發(fā)和耐遷移等優(yōu)勢(shì)[2]。國(guó)外抗氧劑巨頭將維生素E和卵磷脂復(fù)配成新型天然抗氧劑，該類新型抗氧劑具有抗氧化效果好、安全性高、無(wú)毒副作用等優(yōu)點(diǎn)，完全可以取代2，6-二叔丁基對(duì)甲苯酚等非天然抗氧劑。

結(jié)語(yǔ)

在全球綠色化工的背景下，高分子材料向綠色、環(huán)保方向發(fā)展是當(dāng)前行業(yè)熱點(diǎn)與趨勢(shì)，隨著世界各國(guó)安全、健康、環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，逐漸提高了對(duì)各種高分子材料制品的衛(wèi)生要求，因此對(duì)高分子材料添加劑的綠色環(huán)保要求也越來(lái)越高。研究開(kāi)發(fā)生物基抗氧劑應(yīng)基于“高性能抗氧劑分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)——綠色生物基原料替代——長(zhǎng)效可再生催化劑研究——清潔生產(chǎn)技術(shù)開(kāi)發(fā)——綠色生產(chǎn)工藝創(chuàng)建”五位一體的現(xiàn)代綠色化工發(fā)展理念。生物基抗氧劑的研發(fā)與應(yīng)用可減緩國(guó)內(nèi)工業(yè)原料緊缺的現(xiàn)狀，具有極強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性和良好的社會(huì)效益。對(duì)促進(jìn)我國(guó)能源多元化、可再生能源產(chǎn)業(yè)升級(jí)、緩解能源和環(huán)境壓力具有非常深遠(yuǎn)的現(xiàn)實(shí)意義。

參考文獻(xiàn)

[1]皇甫姍姍. 可重復(fù)加工衣康酸酯橡膠的制備及粗碳點(diǎn)在橡膠抗氧劑領(lǐng)域的應(yīng)用研究[D].北京化工大學(xué)，2021.DOI：10.26939/d.cnki.gbhgu.2021.000282.

[2]付建英，張忠東，趙偉，王毓明，張宏波，張珍一.中國(guó)塑料抗氧劑行業(yè)現(xiàn)狀和研究進(jìn)展及發(fā)展建議[J].塑料助劑，2021（02）：14-19+65.