[00144232]无毒高稳定性增塑剂关键技术研究及产业化

①课题来源与背景 我国已成为增塑剂生产和消费大国,并形成一批有一定规模的增塑剂生产企业。但与国外相比,我国增塑剂品种单一、应用性能较差,其中主要的增塑剂品种为邻苯二甲酸酯类增塑剂,此类增塑剂在很多国家已禁用,但我国仍大量使用。美国和欧盟等发达国家和地区已经出台禁用邻苯二甲酸酯增塑剂的法律法规。2007年1月,欧盟开始执行的关于化学品注册、评估、授权和限制法规（REACH）要求,在所有玩具和育儿物品中,邻苯类增塑剂（如DEHP、DBP、BBP、DINP和DNOP）的浓度不得超过0.1%。2009年2月生效的美国消费品安全改进法（CPSIA）规定,儿童玩具或儿童护理用品中禁止邻苯类增塑剂含量超过0.1%。中国香港也在2014年立法限制邻苯二甲酸盐在儿童用品及玩具上的应用。此外,澳大利亚、阿根廷、加拿大、日本等越来越多的国家都颁布了禁用或限用令,导致我国相关塑料制品出口受限。 目前,国内外已开发出部分邻苯类增塑剂的替代品,但都存在问题。如日本Riken Vita-min公司开发出一种聚交酯增塑剂,其价格高,增塑效率低,无法推广应用。德国巴斯夫（BASF）公司开发了Hexamoll DINCH,该产品是采用苯环加氢合成环己烷二甲酸酯,分子结构中仍然存在环状结构,不容易分解,对人体和环境有持续影响。此外,美国伊士曼公司的Eastman168增塑剂和韩国LG公司的LG300都属于对苯二甲酸酯类,是邻苯类增塑剂的同分异构体,仍存在较强的致病风险。 柠檬酸酯是世界公认的最环保的增塑剂品种,但其开发进展慢、品种单一、单套装置产能低、自动化程度低,产品质量及产量难以满足市场需求。 我国拥有丰富的柠檬酸原料资源,柠檬酸产量居世界第二,开发柠檬酸酯增塑剂有着得天独厚的优势。研发安全、环保、低成本的新型柠檬酸酯类增塑剂有广阔的发展空间。 本项目产品是针对现有邻苯类、对苯类和低碳醇柠檬酸酯增塑剂的缺陷所研发的改性柠檬酸酯增塑剂,具有不含苯类、环状结构及其它有毒成份、相容性好、增塑效率高等显著优势,具有完全无毒、环保,应用中不迁移、抗细菌,对环境无污染的优势。 ②技术的创造性与先进性 首创柠檬酸与复配高低碳醇共酯化来制备改性柠檬酸酯增塑剂,在分子结构设计上增塑剂不含苯、环状等有毒基团,从根本上解决了现有邻苯类增塑剂有毒的难题;研制出独有的酯化反应配方,得到分子量合理、分子结构稳定的增塑剂,解决现有柠檬酸低碳醇酯增塑剂稳定性差、不耐迁移等缺点;研究的最佳催化体系,采用高效、无污染、可回收的固体酸作催化剂,提高了反应效率、产品纯度,减少废水排放,与浓硫酸、钛酸酯类等催化剂相比,实现了反应效率、纯度提高,产品色泽由50号左右降低至20号以下,生产过程中废水排放量减少,延长了设备及管道使用、维护周期。 优化“双塔循环反应系统”,并升级成自动化。与行业内通用的釜式反应系统相比,该系统解决了酯化反应时间长、能耗高等问题,明显提高产品收率和纯度,有效降低成本。该系统由精馏塔原理设计而成,由酯化反应釜、循环蒸发塔、双端面机械密封的轴流泵、真空回收器、油水分离器等组成。核心设备循环蒸发塔与传统散装填料塔相比,采用比表面积大、通透性大的金属规整填料,使酯化反应中的酯、醇、带水剂、水形成均匀的液膜,让带水剂、反应生成水等组成共沸蒸汽排出反应体系,使酯化反应向生成酯的方向进行,从而明显提高生产效率,降低原料及能源消耗。 研发出适用下游领域的增塑剂品种和应用工艺包,提升增塑剂的市场适用性,降低成本。研究不同酯化工艺下的分子结构的不同,及分子结构对增塑效率、加工稳定性、色泽的影响,并根据下游制品的具体要求,如硬度、加工温度、使用环境（如强碱性、酸性、溶剂浸泡等）等,研发后工艺包。 ③技术的成熟程度、适用范围、安全性及应用情况 项目实施期内突破增塑剂分子结构设计、酯化工艺等产业化技术,优化10吨/釜的产业化方案。建设完成年产能达30000吨的全自动生产线,涉及无毒高稳定性增塑剂产业化关键技术研究、工艺优化、成本降低、自动化设备选用、安装、自动化生产线调试并优化。突破下游领域中的关键应用技术,形成增塑剂产品7个,分别是WT1、WT2、WT58、WT98、WT99、W108、WT108F增塑剂,广泛应用于食品包装材料、儿童玩具、高档皮革、建材等领域。 ④历年获奖情况 项目关键技术及相关产品经山东省科学技术厅委托鉴定委员会鉴定技术水平达到国际领先水平,经中国科学技术部、环境保护部、商务部、国家质量监督检验检疫总局认证为国家重点新产品,获得中国技术市场金桥奖1项,威海市科学技术奖2项,文登区科学技术奖2项。突破无毒高稳定性增塑剂的关键制造及产业化应用技术,解决制约我国橡塑行业环保无毒材料研发、产品高端化、应用技术创新等瓶颈问题,改变我国新材料研究技术落后,打破国际技术垄断,增强产品国际竞争力。