含2,5-呋喃二甲酸及其聚氨酯涂料的聚酯粘合剂的开发和生命周期评价孙苒 2019-03-31作者MaríaNellyGarcíaGonzález PålBörjesson Marinella Levi 斯特凡诺特里新型聚酯粘合剂。
新的100％生物基结构由四种不同的单体组成，例如甘油（Gly），1,3-丙二醇（1,3-PD），2,5-呋喃二甲酸（FDCA）和琥珀酸（SA）。
通过与常规多异氰酸酯（Vestanat 1890/100）交联获得相应的PU涂层。
图形概要成果简介聚氨酯（PU）由于其优异的耐久性和机械性能而成为许多制造领域（汽车，家具，重型）中使用最多的涂料之一[ 1 ]。
PU实际上是全球第六大使用最多的聚合物，年产量超过1200万吨[ 2 ]。
一个在现代PU技术新兴的主题是单体和可再生资源大分子的开发，以改善环境的可持续性，同时保持出色的技术性能[ 3，4 ]。
事实上，生物基聚氨酯涂料的许多作品已经出现在文献中针对不同的应用[ 5，6]。
通过化学计量平衡的混合物和多元醇（聚醚和通常聚酯低聚物）与多异氰酸酯的交联获得PU涂层。
通过不同的多元醇异氰酸酯的仔细选择，具有特殊性能的各种PU的可以用于宽范围的工业应用等泡沫，涂料，热塑性塑料，纤维和粘合剂的开发[ 7，8，9 ]。
聚酯多元醇是PU涂料组合物中最大的部分。
它们由脂肪族和芳族二酸和羟基官能单体制成[ 10]。
在芳香酸中，2,5-呋喃二甲酸（FDCA）是一种相对"新"的生物基构建块，具有独特的结构，引起了极大的兴趣。
实际上，它是2004年美国能源部（DOE）列出并在2010年更新的前12种生物衍生化学品中唯一含有芳烃的物质[ 11 ]。
尽管FDCA可以由纤维素或半纤维素生产，但是从5-羟甲基糠醛（HMF）化学合成的糖的呋喃衍生物的生产最近已成为绿色化学和催化研究中的有希望的途径[ 12]。
]。
近年来，基于FDCA聚酯聚合物和共聚物已经得到了特别关注在许多方面有关单体的合成，聚合反应，应用[ 13，14 ]和表征[ 15，16，17 ]。
FDCA主要提出了作为一个绿色替代石化衍生的对苯二甲酸生产的热塑性聚酯[ 18，19 ]。
最近的一篇文章[ 20 ]概述了FDCA和其他可再生资源的生物基聚酯的发展和未来前景。
它们可以用作具有竞争性的生物材料[ 21 ] [ 22]]和热塑性塑料以及弹性体的潜在应用[ 23 ]。
尽管高工业价值，只有少数的论文是在公开的文献[可用24，25 ]关于涉及到FDCA的生产对环境的影响进行评估。
Isola等人的工作。
[ 25]报道了LCA模型在实验室规模生产中的应用，从果糖转化为HMF，FDCA单体，相应的聚合物，其再循环和总冲击可以单独观察。
然而，实验室规模的消耗品评估导致了许多不同类别（如气候变化）的总体影响。
Eerhart的工作重点是使用呋喃作为中间体生产聚呋喃二甲酸乙二醇酯（PEF）的LCA，从玉米基果糖开始，评估不可再生能源利用（NREU）和温室气体（GHG）影响。
到目前为止，这项LCA研究已成为工业规模的唯一可用的研究，其中考虑了FDCA生产的不同步骤。
关于基于FDCA的聚酯的大多数研究是关于热塑性塑料，但是文献中缺乏关于基于FDCA作为PU涂层的前体的聚酯共聚物的信息。
因此，这项工作的主要目的是提出一种基于FDCA的新型聚酯粘合剂，其适合作为PU涂层材料的前体。
通过四种不同单体的选择和共聚，重新设计和获得新的100％生物基结构，所有单体均可从现代生物精炼厂下游获得，如甘油（Gly），1,3-丙二醇（1,3-PD）， 2,5-呋喃二甲酸（FDCA）和琥珀酸（SA）。
获得相应的PU涂料，并以部分生物基（75％可再生碳）和化石基聚酯粘合剂为基准，对其技术性能进行了基准测试，26 ]。
此外，通过生命周期评估（LCA）评估温室气体排放（GHG），不可再生能源使用总量（NREU）的总影响，包括在分离捐款的从摇篮到门的方法的基础上由于单体混合物组成和与共聚过程有关的那些，并考虑从甜菜开始的FDCA生产过程（原始数据）。
具体而言，允许更好地分析海洋富营养化和淡水富营养化的影响，提供有关生物质（甜菜）衍生化学品生产的环境影响的相关信息，如本研究的情况。
聚酯粘合剂的生命周期评估（LCA）系统边界图 1显示了根据从摇篮到工厂的门视图的三种聚酯粘合剂的系统边界。
至于FDCA单体，其生产的简化流程图如图2所示 。
FDCA生产系统分为五个主要步骤：甜菜种植; 甜菜运输到植物和糖的生产; 果糖的转化; 转化5-HMF，最后将5-HMF氧化成FDCA。
原料的运输和农业设备的生产，例如糖生产步骤中使用的甜菜收获机和拖拉机，以及从糖生产到FDCA生产的中间运输步骤，都在系统边界之外，没有考虑。
支持信息中显示了多个操作步骤以及甜菜栽培中糖生产的描述。
图1不同的聚酯的系统边界：一个 PE_100％，b PE_75％，和Ç PE_Fossil。
绿色框表示来自可再生资源的单体，用于生物基聚酯粘合剂图2甜菜种植FDCA生产的系统边界。
蓝色和橙色框分别代表甜菜种植和糖生产中包含的所有相关投入和产出环境影响评估对于1kg聚酯评估三种情况的总NREU和GHG排放，并根据合成的聚酯的组成计算（表 1）。
图 4示出的温室气体排放量的用2.75公斤CO的值的总冲击2当量/公斤PE_75％，而PE_100％与1.75公斤CO的值的较低的冲击2当量/千克。
都显示出相比PE_Fossil有意义的减少了约67％和79％分别（8.4公斤CO 2当量/千克）。
用FDCA将邻苯二甲酸单体取代为PE_100％，导致后者显着降低约36％，包括聚合过程。
至于总NREU，见图 4b显示PE_Fossil的值为96 MJ / kg，PE_75％的值为62.5 MJ / kg，PE_100％的值为39 MJ / kg，其中PE_100％显示出比PE_75％（-38％）和PE_Fossil（-60）显着更低的影响％）。
图3一个的温室气体排放量和总冲击b总NREU为PE_100％生物基相比PE_75％生物基和基于PE_Fossil对糖生产的环境影响图5总一个磷酸盐和b的糖生产的所有步骤的硝酸盐的贡献小结通过选择和共聚四种不同的生物单体并用常规IPDI基硬化剂交联，重新设计并获得了基于FDCA作为PU涂层前体的新型100％生物基聚酯粘合剂。
技术评估显示PU1涂层更硬，亲水性更强，导致更好的粘合性，但也表现出对湿度更敏感的表面。
在金属涂层（卷材涂层，汽车）领域中潜在的应用可能是有趣的，特别是作为需要材料的高附着力和可重涂性的中间层/底漆。
基于FDCA生产100％生物基聚酯粘合剂的环境影响评估应用于温室气体排放和NREU。
与部分生物基聚酯（PE_75％）相比，在PE_100％中用FDCA单体替代Pht单体可以使温室气体总排放量和NREU分别减少约36％和38％。
此外，与化石基聚酯相比，PE_100％显着降低，温室气体排放量为79％，NREU为60％。
但是，还应研究其他环境负担，以深入研究这项工作。