尼龍因具獨特的熱、物理、化學和機械性能，較其他材料優異，是一種高性能、高單價的化工材料。短碳鏈尼龍6物化特性與尼龍66相似，其熔點較低，抗衝擊性和吸濕性較佳，己二酸為尼龍6與尼龍66合成之前料源，2013年需求量約為230萬噸，產值達50億美元，可應用於尼龍66 (85%)、聚氨酯(5%)、己二酸酯(4%)。長碳鏈尼龍12是唯一通過驗證可被使用在汽車燃油管路和制動管路之高規格材料，月桂二酸是生產長碳鏈尼龍12與尼龍612的主要原料，2012年產量約為10萬噸，產值達284億美元。目前二元羧酸主要為化學製程，其產生大量氮氧化物與揮發性有機化合物，造成高工安風險與環境汙染，隨著全球循環經濟與永續發展趨勢下，綠色環保的安全生物製程儼然成為技術研發主軸。
己二酸技術開發現況
己二酸(Adipic Acid)作為尼龍6(Nylon 6)與尼龍66料源，目前工業量產公司包含Invista、Ascend、Honeywell、BASF、Radici、China Shenma、PetroChina、DuPont，主要為化學製程，如圖一所示，其合成過程會產生大量氮氧化物(Nitrous Oxides; NOx)，持續使用則工安風險與環境汙染偏高。目前全球因應環境友善性與秉持永續發展的精神，多朝向己二酸生物製程(Bio-process)生產開發，以技術相對成熟之微生物發酵技術量產，可避免原料供應不穩定風險的威脅與降低廣大的市場需求之衝擊。統計2018年全球生質尼龍原料市場用量預測可達到43萬噸，區域性市場占有率分別為亞太43%、歐洲20%、北美22%以及其他15%。
全球己二酸以生質法量產的技術指標性公司技術分析，如表一所示，其技術成熟度(Technology Readiness Level; TRL)介於2~7之間，主要有半生質法與全生質法兩種技術，詳細說明如圖二所示。Rennovia公司開發半生質生產法，經由大腸桿菌(Escherichia coli)轉殖磷酸轉移酶(Phosphoenolpyruvate-dependent Phosphotransferase)、肌醇-1-磷酸合成酶(myo-Inositol-1-phosphate Synthase)、磷酸酶(Phosphatase)、肌醇氧化酶(myo-Inositol Oxygenase)與醣醛酸脫氫酶(Urinate Dehydrogenase)將葡萄糖轉化成葡糖二酸(Glucaric Acid)，以及使用加氫觸媒脫氧反應將葡糖二酸轉化成己二酸，其反應轉化率較高也易放大生產，技術成熟度落於5~7之間，已達進入試驗工廠試量產規模。
表一、全球己二酸生物製程方法比較
月桂二酸技術開發現況
在工業上，月桂二酸(Dodecanedioic Acid)已被廣泛應用於尼龍12(Nylon 12)聚酯合成的前料源，以及作為生產工程塑膠（高規格聚醯胺熱熔膠）、耐高溫潤滑油、高級油漆/塗料、耐寒性增塑劑與醫藥的重要原料，統計2022年全球月桂二酸產量可達7萬噸，產值達4千萬美元。其缺點為製程中需添加金屬觸媒((C2H5)2AlCl)合成環十二碳三烯，此為一個高單價且具高活性的化合物，當製程中有些微水氣產生時，會立即發生爆炸，此爆炸事件發生於2012年3月Evonik德國馬爾(Marl)廠，隨即造成全球尼龍原料「月桂二酸」的短缺，大幅影響全球尼龍產業的供應。
尼龍12產業應用現況
月桂二酸為尼龍12與尼龍612的前料源，尼龍12化學合成製備方法如圖七所示。尼龍12材料應用性如圖八所示。隨著碳鏈越長，其材料愈具柔軟度；碳鏈越短其材料結晶性增加，提高塑件的強度和剛度，因此有尼龍14的開發；碳鏈越短，而提高了結晶度與極性，亦衍生尼龍64的產品開發。尼龍612適用於各種聚合物、洗滌劑和油漆/塗料終端用途；尼龍12材料具有低吸水率，尺寸穩定性好，耐低/高溫性優良，有很好的抗衝擊性及化學穩定性，主要用於...…以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
圖八、尼龍12工業材料應用性說明
作者：謝欣如 / 工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌」368期，更多資料請見下方附檔。