生物基加氫樹脂：以植物油為原料的替代路徑探索

一、技術(shù)背景與替代邏輯：從石油基到生物基的轉(zhuǎn)型驅(qū)動

傳統(tǒng)加氫石油樹脂依賴石腦油裂解副產(chǎn)物（如C5、C9 餾分），但面臨原油資源有限、碳排放高（生產(chǎn)1噸樹脂約產(chǎn)生2.3噸CO₂）及原料價格波動（受國際油價影響±15%/ 年）等問題。生物基加氫樹脂以植物油（如大豆油、菜籽油、妥爾油）為原料，其替代邏輯源于：

可再生性：植物油年再生量超 2 億噸（全球產(chǎn)量），原料周期僅 3-6 個月（作物生長周期），相比石油基原料（形成需數(shù)百萬年）可持續(xù)性顯著；

碳足跡優(yōu)勢：生物基樹脂全生命周期碳排放較石油基降低 40%-60%，例如以大豆油為原料的樹脂生產(chǎn)階段碳排放約1.1噸 CO₂/ 噸，且植物生長過程可吸收 CO₂實現(xiàn) “碳中和” 潛力；

政策驅(qū)動：歐盟《新塑料經(jīng)濟戰(zhàn)略》要求2030年生物基塑料占比達25%，美國EPA “生物優(yōu)先計劃” 對生物基產(chǎn)品給予稅收減免，推動行業(yè)技術(shù)轉(zhuǎn)型。

二、核心原料：植物油的選擇與預(yù)處理

1. 原料篩選標(biāo)準(zhǔn)

植物油需具備高不飽和脂肪酸含量（雙鍵數(shù)≥2），以提供聚合所需活性位點，常見原料特性如下：

大豆油：亞油酸（C18:2）含量約55%，碘值120-130 gI₂/100g，價格約8000 元 / 噸（2025年行情），來源廣泛但雙鍵易氧化；

菜籽油：芥酸（C22:1）含量約50%，碘值110-120 gI₂/100g，耐氧化穩(wěn)定性優(yōu)于大豆油，適合高溫加工；

妥爾油：林業(yè)副產(chǎn)物，富含松香酸（雙鍵共軛結(jié)構(gòu)），碘值150-160gI₂/100g，酸值160-180 mgKOH/g，需先脫酸處理。

2. 預(yù)處理技術(shù)突破

脫酸與精煉：傳統(tǒng)堿煉法（NaOH 中和）會產(chǎn)生皂腳污染，現(xiàn)采用分子蒸餾技術(shù)（溫度220-250℃，壓力 0.1Pa），脫酸率達99.5%以上，同時保留雙鍵結(jié)構(gòu)；

加氫飽和改性：通過選擇性催化加氫（Pd/C 催化劑，壓力2-3MPa，溫度120-150℃）將部分雙鍵飽和，調(diào)控碘值至80-100gI₂/100g，提升樹脂熱穩(wěn)定性（軟化點從60℃升至90℃）。

三、關(guān)鍵制備工藝：從植物油到加氫樹脂的技術(shù)路徑

1. 路線一：脂肪酸甲酯裂解法

工藝流程：

植物油與甲醇酯交換（KOH催化，60℃，2h）制脂肪酸甲酯（FAME）；

FAME 在管式反應(yīng)器中裂解（溫度 500-550℃，水蒸氣稀釋）生成烯烴（C4-C10混合烯烴）；

烯烴經(jīng)催化聚合（AlCl₃催化劑，0-10℃）制得初樹脂，再經(jīng)固定床加氫（Ni-Mo催化劑，壓力5-6MPa，溫度200-250℃）脫除雙鍵，得加氫樹脂。

技術(shù)難點：裂解過程烯烴收率僅40%-45%，且產(chǎn)生大量CO₂（ 1.2 噸/噸樹脂），需配套CO₂捕集技術(shù)。

2. 路線二：直接環(huán)化加氫法（前沿技術(shù)）

創(chuàng)新工藝：

催化環(huán)化：以植物油脂肪酸為原料，在ZSM-5分子篩催化下（溫度300-350℃）發(fā)生分子內(nèi)/間環(huán)化反應(yīng)，生成芳香族與脂環(huán)族混合中間體，環(huán)化選擇性達70%-75%；

梯度加氫：采用兩段加氫工藝，一段（壓力3MPa，溫度180℃）飽和脂肪鏈雙鍵，二段（壓力 5MPa，溫度220℃）飽和芳香環(huán)，樹脂氫化度＞98%，色相（Gardner）≤3（透明性接近石油基樹脂）。

優(yōu)勢對比：較裂解法能耗降低30%，原料利用率提升至85%，且無CO₂副產(chǎn)物，已在荷蘭某生物基材料公司實現(xiàn)千噸級中試。

四、性能對比與應(yīng)用場景拓展

1. 關(guān)鍵性能指標(biāo)

指標(biāo)	石油基C5加氫樹脂	生物基加氫樹脂（大豆油基）
軟化點（℃）	80-100	85-95（通過氫化度調(diào)控）
黏度（25℃, mPa・s）	500-800	600-900（分子量大10%）
酸值（mgKOH/g）	＜0.1	＜0.5（殘留微量脂肪酸）
熱氧穩(wěn)定性（180℃氧化失重率）	5%/1h	3%/1h（添加天然抗氧劑）

 

2. 典型應(yīng)用領(lǐng)域

膠粘劑行業(yè)：替代石油基增粘樹脂，用于熱熔膠（如衛(wèi)生巾背膠），生物基樹脂與 EVA 相容性良好，持粘力達15N/25mm（與石油基相當(dāng)），且可降解性提升（土壤中6個月降解率＞30%）；

涂料工業(yè)：制備環(huán)保型路標(biāo)漆，樹脂與顏填料分散性優(yōu)異，耐候性測試（QUV 加速老化 1000h）色差 ΔE＜3，優(yōu)于傳統(tǒng)C9樹脂（ΔE＜5），且 VOCs 排放降低70%；

食品包裝油墨：通過 FDA 認(rèn)證，苯類溶劑殘留≤0.01mg/kg，用于巧克力包裝印刷，油墨附著牢度（百格測試）達5B級，耐遷移性滿足橄欖油浸泡測試（40℃，10天）無溶出。

五、技術(shù)挑戰(zhàn)與產(chǎn)業(yè)化瓶頸

成本劣勢：生物基樹脂生產(chǎn)成本約1.8萬元/噸，較石油基（1.2萬元/噸）高50%，主要因植物油原料成本占比達60%（石油基原料占比35%），需通過規(guī)模化生產(chǎn)（萬噸級裝置可降本20%）與原料創(chuàng)新（如利用廢棄食用油，成本降至5000元/噸）改善；

性能短板：低溫韌性不足（-10℃時斷裂伸長率＜100%，石油基為150%），需通過共聚改性（如與生物基丙烯酸酯共聚）提升鏈段柔韌性；

加氫催化劑依賴：傳統(tǒng)貴金屬催化劑（如Pd/C）成本占工藝成本15%，且易被植物油中微量硫（＜5ppm）毒化，需開發(fā)抗硫型非貴金屬催化劑（如Ni-P/SiO₂，硫容忍度＞10ppm）。

六、未來發(fā)展方向

原料多元化：探索微藻油（含50%長鏈不飽和脂肪酸）、木本植物油（如麻風(fēng)樹油）等非糧原料，降低與食用油爭糧風(fēng)險，預(yù)計2030 年非糧原料占比將達70%；

工藝綠色化：開發(fā)超臨界CO₂聚合技術(shù)（反應(yīng)溫度100-150℃，壓力8-10MPa），替代傳統(tǒng)有機溶劑，實現(xiàn) “零排放” 生產(chǎn)，目前加拿大某研究院已完成小試；

應(yīng)用場景延伸：向高端領(lǐng)域拓展，如生物基加氫樹脂用于5G通訊電纜絕緣層，需提升體積電阻率至10¹⁶Ω・cm（目前達10¹⁴Ω・cm），可通過提純中間體（雜質(zhì)含量＜10ppm）實現(xiàn)。

生物基加氫樹脂以植物油為原料，通過催化轉(zhuǎn)化與加氫技術(shù)突破，在性能接近石油基產(chǎn)品的同時，實現(xiàn)了碳足跡優(yōu)化與原料可持續(xù)性。盡管當(dāng)前面臨成本與性能挑戰(zhàn)，但其在環(huán)保政策驅(qū)動與技術(shù)迭代下，正從替代型產(chǎn)品向創(chuàng)新型材料升級，未來有望在高端膠粘劑、環(huán)保涂料等領(lǐng)域形成千億級市場規(guī)模，成為石化材料綠色轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵路徑之一。

本文來源：河南向榮石油化工有限公司 http://www.cheng114.com/