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聚酰胺(PA)俗称尼龙(Nylon),是最主要的工程塑料,在五大通用工程塑料中产量居首位。其中,聚己二酸己二胺(PA66)和聚己内酰胺(PA6)产量最大、应用最广,大约占聚酰胺总消费量的90%以上,但均以石油基为反应单体。随着石油化工资源日趋匮乏,石油价格居高不下,生态环境日渐恶化,人们逐渐把目光转向生物基聚酰胺,以期缓解石油资源短缺、降低成本和减小环境污染等问题。
1,5-戊二胺是生产聚酰胺的主要原料之一。国外方面,德国巴斯夫公司(BASF)、日本东丽公司(Toray Industries)等都在研发生物基1,5-戊二胺的合成工艺。
巴斯夫公司公开了一种发酵生产1,5-戊二胺的方法,发酵过程可以在含复合培养基组分的培养基中进行,所述含复合培养基组分的培养基包括玉米浆、胰胨、细菌用胨、大豆水解产物以及酵母提取物。
日本东丽公司(Toray Industries)提出了一种利用微生物发酵的1,5-戊二胺制造方法,该方法为利用了棒状杆菌的1,5-戊二胺制造方法。作为培养用的培养基,可以使用含有碳源、氮源、无机盐类等普通的营养培养基。作为氮源,可以使用氨水、氯化铵、硫酸铵、碳酸铵、醋酸铵等各种无机和有机铵盐类,以及肉类提取物、酵母提取物、玉米浆、大豆水解产物等含氮有机物。此外,还可以根据需要,添加生物素、硫胺素、维生素B6等微量营养源。这些微量营养源也可以用肉类提取物、酵母提取物、玉米液、酪蛋白氨基酸等培养基添加物来替代。
2022年1月,东丽公司宣布已开发出首款100%生物基尼龙纤维(Ecodear™ N510),该纤维由来自蓖麻油植物的癸二酸(生物基癸二酸)和来自玉米的1,5-戊二胺(生物基1,5-戊二胺)聚合得到。
国内方面,相关研究机构包括上海凯赛生物技术股份有限公司、会通新材料(上海)有限公司、南京工业大学等。
上海凯赛生物技术股份有限公司联合CIBT美国公司、凯赛(太原)生物材料有限公司、山西合成生物研究院有限公司共同提出了一种包含连续纤维和至少一种生物基共聚酰胺基质的复合材料及其制备方法,所述复合材料包括生物基共聚酰胺材料和连续纤维,所述生物基共聚酰胺材料由戊二胺、二羧酸成分和任选的内酰胺成分形成。
会通新材料(上海)有限公司公开了一种生物基尼龙复合材料及其制备方法和应用,所述生物基尼龙复合材料由长碳链生物基尼龙、增韧剂、抗氧剂和润滑剂制备而成,所述长碳链生物基尼龙为以戊二胺为单体之一缩合而成的长碳链尼龙。
南京工业大学提出了一种利用玉米芯水解液中木糖一步发酵生产1,5-戊二胺的方法,该方法为构建表达木糖脱氢酶xylb和赖氨酸脱羧酶CadA的基因工程菌,将基因工程菌制得的种子液接种至含有玉米芯水解液的发酵培养基中发酵生产1,5-戊二胺。
参考文献
1. Basf Se. Method for fermentatively producing 1,5-diaminopentane. EP2235194B1(申请日:2009.01.23;授权公告日:2011.07.20)
2. Toray Industries Inc. Method for producing 1,5-pentanediamine. US20130071888A1(申请日:2011.04.11;公开日:2013.03.21)
3. Toray commercializes Ecodear™ N510, a 100% plant-based nylon fiber. https://www.toray.com/global/news/details/20220121114129.html
4.上海凯赛生物技术股份有限公司,CIBT美国公司,凯赛(太原)生物材料有限公司,山西合成生物研究院有限公司.包含连续纤维和生物基共聚酰胺基质的复合材料及其制备方法. CN115536876B(申请日:2021.06.30;授权公告日:2024.02.23)
5.会通新材料(上海)有限公司.一种生物基尼龙复合材料及其制备方法和应用. CN111073275A(申请日:2019.12.12;公开日:2020.04.28)
6.南京工业大学.一种利用玉米芯水解液中木糖一步发酵生产1,5-戊二胺的方法. CN111118077B(申请日:2020.01.09;授权公告日:2022.03.29)