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2,5-呋喃二甲酸(FDCA)又被称作为脱水粘酸和呋喃甲酸,是一种高附加值生物及化学物质,近几年其作为石油化学衍生物对苯二甲酸的一种替代品,被用来合成具有高价值的聚合物,市场发展潜力巨大。当前FDCA最为常见的合成方式是由5-羟甲基糠醛(5-HMF)氧化制成,其中5-HMF通常是由己糖脱水转化而成。5-HMF不稳定,在存储过程中常发生降解,因此未来使用稳定的中间产物,或者使用一锅法直接将果糖转化为FDCA将成为首选。

2,5-呋喃二甲酸可应用在多个领域。2,5-呋喃二甲酸单体可以用于制备多种聚合物,如聚酯、聚酰胺、聚氨酯等;也可以可用于生产PVC的领苯二甲酸酯类增塑剂的替代品;2,5-呋喃二甲酸主要成分为聚羧酸,是泡沫灭火剂的重要成分之一,有助于在极短时间内达到灭火的目的;可作为乙酰丙酸和丁二酸的前驱体;在医药领域,2,5-呋喃二甲酸中的二乙基酯有类似可卡因的强力迷麻醉作用,同时研究还发现其具有较强的抗菌性能。此外,而FDCA是聚呋喃二甲酸乙二酯(PEF)的主原料,而生质聚酯材料PEF比现有的PET包装材料具有更高的气体阻隔性,其阻氧气能力高于PET材料达10倍以上,因此PEF的未来应用与市场扩大极具潜质。

针对2,5-呋喃二甲酸的研究美国开始较早,我国在年左右才开始布局研究,但由发展速度较快,到目前研究链健全,从5-羟甲基糠醛(HMF)制备,到FDCA,再到高分子聚合工艺等均有较大突破。在产业化研究方面,国外部分企业实现了生产,国内文章发表和专利数量非常多,在产业化发展方面也正逐步与国际接轨。

荷兰Avantium公司为进一步发展由植物中的糖转化成呋喃二甲酸(FurandicarboxylicAcid;FDCA)之技术,将扩大投资计划。而Avantium的独家技术「YXYTechnology」系以触媒为核心技术,利用以糖为原料的羟甲基呋喃醛(HydroxymethylFurfural)与甲氧基甲基醣醛(MethoxymethylFurfural)的混合体生产FDCA。目前Avantium已有10吨规模的制造厂生产FDCA,为进一步确立量产技术,预计在明年扩增到吨。除此之外,Avantium也计划提供技术授权,预计~年时供应一年10万吨、年25万吨的商业生产。Avantium表示,由于高纯度PTA设备可转用生产FDCA,因此投入门槛低。

正如年6月的Avantium技术与市场日所指出的那样,Avantium对FDCA旗舰工厂的总资金需求约为1.5亿欧元。Avantium计划在年底之前获得这笔资金。AvantiumRenewablePolymers董事总经理MarcelLubben评论道:“设立FDCA创新价值链的万欧元PEFerence赠款有助于确保旗舰工厂的整体融资以及FDCA和PEF的市场引入。这是满足FDCA旗舰工厂资金需求的一个重要步骤,我们正朝着年旗舰工厂的计划启动迈进。”

根据新思界报告显示,当前在国际中实现2,5-呋喃二甲酸生产的企业有Avantium、Corbion、多伦多化学品公司、阿法埃莎、Synvina、Novamont等企业。随着全球中众多企业实现生产,2,5-呋喃二甲酸的应用需求也在不断增长,在年全球2,5-呋喃二甲酸市场规模已经达到15亿元左右,预计到年将突破20亿元,由于2,5-呋喃二甲酸应用范围较广,在工业中的发展潜力巨大,吸引众多国家进行研究。

此外,根据DT材料对中科院宁波材料所朱锦研究员的采访得知,相对于石油基的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)而言,基于FDCA的聚呋喃二甲酸乙二醇酯(PEF)具有更高的玻璃化转变温度(87oC)和更好的气体阻隔性(对CO2和O2的阻隔性比PET提高了十几倍),这使得生物基PEF被认为是PET理想的替代品之一,尤其是在塑料包装领域。

朱锦团队从年就开始了FDCA及PEF的研究,目前已经打通了FDCA制备、PEF合成、加工改性整个技术链条。突破了以非粮生物质为原材料化学制备FDCA技术;通过催化剂的选择和聚合动力学调控,解决了FDCA聚合过程中容易脱羧造成聚脂颜色发黑的问题,得到了近无色的高分子量PEF;研究了PEF的加工性能,实现了PEF的吹塑、注塑、纺丝和拉膜。“比如说,塑料啤酒瓶用PET制作,传统巴斯滕消毒温度下会变形。而PEF的玻璃化温度则达到87度,消毒的过程中不会变形,这是PEF的优势。”由于其良好的材料性能,PEF还可取代难于回收的高阻隔多层材料。

从降解后的产物来分析,呋喃二甲酸可以直接分解,不存在潜在危害。人体每天都有大概两毫克的呋喃二甲酸产生,所以呋喃二甲酸对人类更友好。

目前,包括国际知名企业ADM、杜邦、BASF、Avantium等都在进行生物基FDCA或PEF的商业化研发,尤其是在Avantium宣布扩张生产线之后,有关生物基FDCA和PEF的研究更是成为普遍

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