包装工程技术栏目

论文导读

生物质基环保型聚氨酯的制备与应用研究进展

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文章导读

生物质基环保型聚氨酯的制备与应用研究进展

谢利，徐玥阳真人百家家乐app，刘晓慧，齐悦悦，陈明欣，郭禹彤，周星

（西安理工大学 印刷包装与数字媒体学院，西安 ）

摘要：目的 从利用生物质资源制备环保型聚氨酯树脂的角度揭示聚氨酯的结构调控机制及性能影响因素，为植物油基聚氨酯及其印刷包装材料提供多种有效的制备途径，为印刷包装材料提供丰富的原料。方法 通过对比不同种类的植物油制备不同聚氨酯原料，综述包括蓖麻油、大豆油、葵花籽油、亚麻子油等油脂，以及木质素、腰果酚等制备生物质基多元醇、异氰酸酯作为扩链剂的二元醇原料。结果 详细讨论了生物质转化为活性原料用于合成环保型聚氨酯，并介绍了主要的机理和方法，认为环氧开环法仍是植物油转化为多元醇的主要途径。结论 利用生物质资源及其废弃物制备环保型聚氨酯是未来绿色聚氨酯类产品的最有效途径，在绿色化学和纳米科技的推动下，植物油基的绿色、高性能的环保型聚氨酯能成为印刷油墨、包装胶黏剂及涂层的关键原料，具有广阔的应用前景。

关键词：水性聚氨酯；生物质；油墨

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文章图表

表1 常见植物油的不饱和度和组成

图1聚氨酯分散体中主要使用的植物油的分子结构

图2蓖麻油化学结构

图3硫醇–烯光点击反应制备大豆油基多元醇

图4 葵花籽油生物基超支化多元醇的合成途径

图5 通过环氧化和环氧乙烷开环法合成麻疯树油基多元醇

图6 棕榈油化学结构

图7 含碘植物油基聚异氰酸酯的合成

图8 构成木质素的主要结构单元

图9 腰果壳衍生的多元醇作为聚氨酯的可持续原料应用

图10 柠檬烯制备PU的不同途径

图11 生物基聚氨酯复合材料的制备

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结语

传统的PU工业及下游印刷包装材料严重依赖石油资源。随着人们对废物回收和环境污染问题的日益关注，直接导致了工业生产中可持续PU的可再生和生物降解资源的使用。文中系统地介绍了利用生物质资源合成WPU分散体作为可持续材料的最新研究进展。近年来，生物质基PU在印刷、包装、形状记忆聚合物等领域的材料功能化应用得到了进一步的探索。这些生物质中，特别是植物油和纤维素在过去十年中受到了广泛关注，为日益增长的环境和能源问题提供了有效解决方案。值得一提的是，生物基WPU仍然存在许多问题需要未来的更多研究。

1）植物油向多元醇（或二元醇、异氰酸酯）的转化效率相对有限。最常用的方法可能是环氧化物开环法，这可能会降低产品的纯度。

2）尽管设计了植物油基异氰酸酯，但非异氰酸酯WPU仍然需要扩大原料来源。

3）基于植物油基单体构建具有可控结构的WPU链段仍是研究焦点，尤其是采用活性聚合方法来扩大这些生物基聚合物的应用。

总而言之，基于生物基单体的环保型WPU应大规模设计和开发，进一步扩大生物质基原料来源范围，并实现规模化生产，以满足日益增长的功能化和智能化聚合物技术的需求。

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本文引文格式

谢利,徐玥阳,刘晓慧,齐悦悦,陈明欣,郭禹彤,周星.生物质基环保型聚氨酯的制备与应用研究进展[J].包装工程,2022,43(23):49-62.

DOI:10.19554/ki.1001-3563.2022.23.007

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精彩回顾

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常设栏目及收稿范围

《包装工程》技术类常设栏目

栏目收稿范围

先进材料

阻隔、吸附、抗菌、保鲜、传感、形状记忆等功能性材料的制备、性能及应用；可降解、可食用、可循环等绿色材料的制备、性能及应用

自动化与智能化技术

自动化、智能化理论、技术及设备

农产品保鲜与食品包装

贮藏期间产品变质机理与品质监控；贮运保鲜技术；食品安全；冷链物流；应急物流等

绿色包装与循环经济

废弃物循环利用；快递包装绿色转型；包装材料的碳足迹、生命周期分析；产品绿色设计；行业清洁生产；企业绿色发展战略；资源综合利用

装备防护

装备防护（力防护、热防护、隐身防护、侵彻防护、核辐射防护）机理、材料、技术、评价等相关研究

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影响污水厌氧处理效果的7大因素

污水厌氧生物处理的影响因素，主要有以下7点：①温度，②pH值，③氧化还原电位，④有机容积负荷，⑤搅拌，⑥C/N，⑦有毒物质。

按照消化温度，可以分为①常温消化（15~25℃），一般不加热、不控制消化温度，但停留时间较长，②中温消化（30~35℃左右）；③高温消化（50~55℃左右）。从下面这幅图中可以看出来，对于厌氧处理来说，并非温度越高越好，超出以上这三个区间，效率都会下滑。

厌氧处理并非温度越高越好

关于pH值，大多数细菌在pH值6.5~7.5之间生长最好，有些绝对厌氧菌（如产甲烷菌）的最适pH值为6.8~7.2。少数细菌能在很低或较高的pH值环境条件下生长。pH值对细菌生长的影响，主要是可以改变底物和菌体酶蛋白的带电状态，当底物为蛋白质、肽类或氨基酸等两性电解质时，随着pH值的变化表现出不同的解离状态，而菌体内酶的活性部位只能作用于底物的某一种解离状态。酶蛋白质具有两性解离特性，pH值的改变会改变酶活性部位上有关基团的解离状态，从而影响酶与底物的结合。pH值的控制，在废水生物处理中具有重要的意义，废水pH值太高或太低都应做适当调整。

pH值对产甲烷菌活性的影响

氧化还原电位（ORP），对于氧化还原电位，总体遵循以下规律真人百家家乐app，就是pH值越高，溶解氧含量越低，氧化还原电位越低；pH值越低，溶解氧含量越高，氧化还原电位越高。在厌氧发酵过程中，三种不同温度条件下的ORP要求不同，其中产甲烷阶段对于水中的溶氧、pH值要求是最严格的。在这里还需要强调一下好氧、厌氧和缺氧三者区别，三者定义分别如下：有机容积负荷指的是反应器内单位有效容积在单位时间内所承担的有机物量，单位为kgCOD/(m3d)，有机容积负荷直接影响产气量和处理效率。关于厌氧搅拌方式，有以下三种，分别如下所示：现在国内外常用的搅拌方式是沼气搅拌法和机械搅拌法。循环泵搅拌是因为耗电量较大且搅拌效果不理想，已不再使用，而原西安污水厂采用泵循环搅拌加水射器搅拌，虽然搅拌效果尚可，但也因为耗电量大，不适用于大中容积硝化池而不再使用。关于搅拌对于厌氧反应的作用，大体有以下5项：厌氧微生物生长繁殖需要按一定比例摄取碳、氮、磷以及其他元素。工程上主要控制C：N：P，其他元素不足的情况比较少出现。不同的微生物在不同的环境条件下所需的C：N：P的比例不完全相同，一般认为，厌氧处理中C：N：P=（200~300）：5:1为宜。在碳、氮、磷比例中，碳氮比例对厌氧消化的影响更重要。C:N过高，消化液的缓冲能力差，pH下降，C:N过低，导致氨的积累，pH值上升，抑制甲烷菌的生长，消化效率降低。有毒物质的最高容许浓度与处理系统运行方式、污泥驯化程度、废水特性、操作控制条件等因素有关，具体参见下表。

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