生物基加氢树脂：以植物油为原料的替代路径探索
一、技术背景与替代逻辑：从石油基到生物基的转型驱动
传统加氢石油树脂依赖石脑油裂解副产物（如C5、C9 馏分），但面临原油资源有限、碳排放高（生产1吨树脂约产生2.3吨CO₂）及原料价格波动（受国际油价影响±15%/ 年）等问题。生物基加氢树脂以植物油（如大豆油、菜籽油、妥尔油）为原料，其替代逻辑源于：
可再生性：植物油年再生量超 2 亿吨（全球产量），原料周期仅 3-6 个月（作物生长周期），相比石油基原料（形成需数百万年）可持续性显著；
碳足迹优势：生物基树脂全生命周期碳排放较石油基降低 40%-60%，例如以大豆油为原料的树脂生产阶段碳排放约1.1吨 CO₂/ 吨，且植物生长过程可吸收 CO₂实现 “碳中和” 潜力；
政策驱动：欧盟《新塑料经济战略》要求2030年生物基塑料占比达25%，美国EPA “生物优先计划” 对生物基产品给予税收减免，推动行业技术转型。
二、核心原料：植物油的选择与预处理
1. 原料筛选标准
植物油需具备高不饱和脂肪酸含量（双键数≥2），以提供聚合所需活性位点，常见原料特性如下：
大豆油：亚油酸（C18:2）含量约55%，碘值120-130 gI₂/100g，价格约8000 元 / 吨（2025年行情），来源广泛但双键易氧化；
菜籽油：芥酸（C22:1）含量约50%，碘值110-120 gI₂/100g，耐氧化稳定性优于大豆油，适合高温加工；
妥尔油：林业副产物，富含松香酸（双键共轭结构），碘值150-160gI₂/100g，酸值160-180 mgKOH/g，需先脱酸处理。
2. 预处理技术突破
脱酸与精炼：传统碱炼法（NaOH 中和）会产生皂脚污染，现采用分子蒸馏技术（温度220-250℃，压力 0.1Pa），脱酸率达99.5%以上，同时保留双键结构；
加氢饱和改性：通过选择性催化加氢（Pd/C 催化剂，压力2-3MPa，温度120-150℃）将部分双键饱和，调控碘值至80-100gI₂/100g，提升树脂热稳定性（软化点从60℃升至90℃）。
三、关键制备工艺：从植物油到加氢树脂的技术路径
1. 路线一：脂肪酸甲酯裂解法
工艺流程：
植物油与甲醇酯交换（KOH催化，60℃，2h）制脂肪酸甲酯（FAME）；
FAME 在管式反应器中裂解（温度 500-550℃，水蒸气稀释）生成烯烃（C4-C10混合烯烃）；
烯烃经催化聚合（AlCl₃催化剂，0-10℃）制得初树脂，再经固定床加氢（Ni-Mo催化剂，压力5-6MPa，温度200-250℃）脱除双键，得加氢树脂。
技术难点：裂解过程烯烃收率仅40%-45%，且产生大量CO₂（ 1.2 吨/吨树脂），需配套CO₂捕集技术。
2. 路线二：直接环化加氢法（前沿技术）
创新工艺：
催化环化：以植物油脂肪酸为原料，在ZSM-5分子筛催化下（温度300-350℃）发生分子内/间环化反应，生成芳香族与脂环族混合中间体，环化选择性达70%-75%；
梯度加氢：采用两段加氢工艺，一段（压力3MPa，温度180℃）饱和脂肪链双键，二段（压力 5MPa，温度220℃）饱和芳香环，树脂氢化度＞98%，色相（Gardner）≤3（透明性接近石油基树脂）。
优势对比：较裂解法能耗降低30%，原料利用率提升至85%，且无CO₂副产物，已在荷兰某生物基材料公司实现千吨级中试。
四、性能对比与应用场景拓展
1. 关键性能指标
|
指标 |
石油基C5加氢树脂 |
生物基加氢树脂（大豆油基） |
|
软化点（℃） |
80-100 |
85-95（通过氢化度调控） |
|
黏度（25℃, mPa・s） |
500-800 |
600-900（分子量大10%） |
|
酸值（mgKOH/g） |
＜0.1 |
＜0.5（残留微量脂肪酸） |
|
热氧稳定性（180℃氧化失重率） |
5%/1h |
3%/1h（添加天然抗氧剂） |
2. 典型应用领域
胶粘剂行业：替代石油基增粘树脂，用于热熔胶（如卫生巾背胶），生物基树脂与 EVA 相容性良好，持粘力达15N/25mm（与石油基相当），且可降解性提升（土壤中6个月降解率＞30%）；
涂料工业：制备环保型路标漆，树脂与颜填料分散性优异，耐候性测试（QUV 加速老化 1000h）色差 ΔE＜3，优于传统C9树脂（ΔE＜5），且 VOCs 排放降低70%；
食品包装油墨：通过 FDA 认证，苯类溶剂残留≤0.01mg/kg，用于巧克力包装印刷，油墨附着牢度（百格测试）达5B级，耐迁移性满足橄榄油浸泡测试（40℃，10天）无溶出。
五、技术挑战与产业化瓶颈
成本劣势：生物基树脂生产成本约1.8万元/吨，较石油基（1.2万元/吨）高50%，主要因植物油原料成本占比达60%（石油基原料占比35%），需通过规模化生产（万吨级装置可降本20%）与原料创新（如利用废弃食用油，成本降至5000元/吨）改善；
性能短板：低温韧性不足（-10℃时断裂伸长率＜100%，石油基为150%），需通过共聚改性（如与生物基丙烯酸酯共聚）提升链段柔韧性；
加氢催化剂依赖：传统贵金属催化剂（如Pd/C）成本占工艺成本15%，且易被植物油中微量硫（＜5ppm）毒化，需开发抗硫型非贵金属催化剂（如Ni-P/SiO₂，硫容忍度＞10ppm）。
六、未来发展方向
原料多元化：探索微藻油（含50%长链不饱和脂肪酸）、木本植物油（如麻风树油）等非粮原料，降低与食用油争粮风险，预计2030 年非粮原料占比将达70%；
工艺绿色化：开发超临界CO₂聚合技术（反应温度100-150℃，压力8-10MPa），替代传统有机溶剂，实现 “零排放” 生产，目前加拿大某研究院已完成小试；
应用场景延伸：向高端领域拓展，如生物基加氢树脂用于5G通讯电缆绝缘层，需提升体积电阻率至10¹⁶Ω・cm（目前达10¹⁴Ω・cm），可通过提纯中间体（杂质含量＜10ppm）实现。
生物基加氢树脂以植物油为原料，通过催化转化与加氢技术突破，在性能接近石油基产品的同时，实现了碳足迹优化与原料可持续性。尽管当前面临成本与性能挑战，但其在环保政策驱动与技术迭代下，正从替代型产品向创新型材料升级，未来有望在高端胶粘剂、环保涂料等领域形成千亿级市场规模，成为石化材料绿色转型的关键路径之一。
本文来源：河南向荣石油化工有限公司 http://www.szbangjun.com/