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朱锦|生物基呋喃树脂

已有 5410 次阅读 2020-11-30 08:53 |系统分类:科研笔记

在资源消耗和环境污染的双重压力之下，生物基高分子材料已经成为高分子领域的重要发展方向之一。但是，目前商业化的生物基高分子材料普遍存在热力学性能差、综合性价比不高，市场推广受限的问题。生物基呋喃聚酯因其具有优异的力学、耐热、阻隔等性能，应用前景非常广阔。在此背景下，中科院宁波材料所朱锦研究员结合团队近10年的研究成果和国际最新文献报道，组织撰写了《生物基呋喃聚酯》一书。

图1 2, 5-呋喃二甲酸单体合成

该书围绕2, 5-呋喃二甲酸及其聚酯的合成、结构表征及性能研究展开。贯穿了2, 5-呋喃二甲酸单体的制备、聚合物的合成、改性等整个技术链条，向读者系统展示了2, 5-呋喃二甲酸及其聚酯的最新研究进展。该书内容系统、新颖，提供了很多最新的研究成果，适合环境友好高分子材料与技术领域的研究人员、工程师等专业技术人员阅读，也可作为高等院校相关专业教师教学与学生自学的参考用书。

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图2 以对苯二甲酸和2,5-呋喃二甲酸为单体合成的聚合物和助剂

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。目前，包括ADM、BASF、Avantium等公司都在进行生物基FDCA或PEF的商业化研发，尤其是最近Avantium宣布建设年产5万吨的FDCA生产线之后，有关生物基FDCA和PEF的研究更是成为普遍关注的焦点。中科院宁波材料所朱锦研究员团队从2010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。分别突破了生物法和化学法两套FDCA制备技术；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，得到了白色的高分子量PEF；研究了PEF的加工性能，实现了PEF的吹塑、注塑、纺丝和发泡。

表1 PEF与PET主要性能对比

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《生物基呋喃聚酯》

朱锦刘小青著

(高性能高分子材料丛书 / 蹇锡高总主编)

“十三五”国家重点出版物出版规划项目

ISBN 978-7-03-066229-3

丛书策划：翁靖一

责任编辑：翁靖一，付林林

内容简介

本书为“高性能高分子材料丛书”之一。全书共分为7章，主要围绕2，5-呋喃二甲酸及其聚酯的合成、结构表征及性能研究展开。首先对2，5-呋喃二甲酸单体的发展历程、制备方法进行总结和回顾，接着对比介绍聚呋喃二甲酸乙二醇的合成方法和综合性能，然后结合最新的研究进展，介绍了基于呋喃二甲酸聚酯的共聚改性研究(增韧、结晶、降解)。本书贯穿了2，5-呋喃二甲酸单体的制备、聚合物的合成、改性等整个技术链条，最后向读者系统展示了2，5-呋喃二甲酸及其聚酯的最新研究进展。

本书目录

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目录
第1章绪论 1
参考文献 4
第2章 2，5-呋喃二甲酸合成研究进展 5
2.1 引言 5
2.2 HMF路线 6
2.2.1 贵金属催化剂 6
2.2.2 生物酶催化剂 10
2.3 糠酸路线 11
2.4 己糖二酸路线 12
2.5 二甘醇酸路线 12
2.6 其他路线 13
2.7 本章小结 13
参考文献 14
第3章基于2，5-呋喃二甲酸聚酯的合成与性能 18
3.1 引言 18
3.2 PEF合成历史 18
3.3 PEF合成方法 20
3.4 催化剂对PEF合成的影响 26
3.5 PEF的性能 31
3.5.1 PEF的热学与机械性能 31
3.5.2 PEF的阻隔性能 34
3.6 PPF的合成、性能及应用 37
3.7 PBF的合成、性能及应用 38
3.8 基于2，5-FDCA的其他聚酯合成及性能 41
3.8.1 基于2，5-FDCA的其他聚酯合成 42
3.8.2 2，5-FDCA的长链二元醇聚酯性能对比 44
3.9 本章小结 45
参考文献 45
第4章 PEF共聚酯研究进展 53
4.1 引言 53
4.2 PEFT共聚酯的合成、性能及应用 53
4.2.1 PEFT的合成及结构表征 54
4.2.2 共聚酯热学性能表征 57
4.2.3 共聚酯结晶性能表征 59
4.2.4 共聚酯热稳定性 62
4.2.5 共聚酯热分解动力学 62
4.2.6 共聚酯流变性能分析 64
4.2.7 共聚酯光学性能 65
4.2.8 共聚酯力学性能 66
4.2.9 共聚酯阻隔性能 68
4.3 PECF的合成与性能研究 69
4.3.1 PECF的合成 70
4.3.2 PECF共聚酯的结构表征 71
4.3.3 PECF共聚酯的热性能 74
4.3.4 PECF共聚酯的力学性能 75
4.3.5 PECF共聚酯的气体阻隔性能 76
4.4 CHDM立体构型对PECF共聚酯性能的影响研究 78
4.4.1 不同trans-CHDM含量PECF共聚酯的合成 78
4.4.2 不同trans-CHDM含量PECF共聚酯的结构表征 81
4.4.3 不同trans-CHDM含量PECF共聚酯的热性能 83
4.4.4 不同trans-CHDM含量PECF共聚酯的等温结晶性能 85
4.4.5 不同trans-CHDM含量PECF共聚酯的热稳定性 88
4.4.6 不同trans-CHDM含量PECF共聚酯的机械性能 89
4.4.7 不同trans-CHDM含量PECF共聚酯的阻隔性能 90
4.5 高结晶性PCF聚酯的合成与性能研究 92
4.5.1 PCF共聚酯的合成 93
4.5.2 PCF共聚酯的结构表征 94
4.5.3 PCF共聚酯的热性能和熔融行为 96
4.5.4 PCF共聚酯的结晶研究 99
4.5.5 PCF共聚酯的热稳定性 102
4.5.6 PCF共聚酯的机械性能 103
4.6 PETF共聚酯的合成与性能研究 104
4.6.1 PETF共聚酯的合成 105
4.6.2 PETF共聚酯的结构表征 106
4.6.3 PETF共聚酯的热性能 108
4.6.4 PETF共聚酯的可见光透过率测试 109
4.6.5 PETF共聚酯的机械性能 111
4.6.6 PETF共聚酯的气体阻隔性能 111
4.7 PEDF共聚酯的合成与性能研究 113
4.7.1 PEDF共聚酯的结构表征 114
4.7.2 PEDF共聚酯的热学性能 117
4.7.3 PEDF共聚酯的力学性能 120
4.7.4 PEDF共聚酯的生物降解性能 122
4.8 PCDF共聚酯的合成与性能研究 124
4.8.1 PCDF共聚酯的结构表征 124
4.8.2 PCDF共聚酯的热学性能 127
4.8.3 PCDF共聚酯的力学性能 130
4.9 本章小结 131
参考文献 132
第5章基于2，5-呋喃二甲酸的聚酯弹性体 135
5.1 引言 135
5.2 2，5-FDCA基热塑性聚酯弹性体研究进展 136
5.3 2，5-FDCA基热塑性聚酯弹性体的硬段设计 137
5.4 新型2，5-FDCA基热塑性聚酯弹性体的结构与性能 139
5.4.1 PNF-PTMG的结构 139
5.4.2 PNF-PTMG的热性能 143
5.4.3 PNF-PTMG的微相分离 146
5.4.4 力学性能 151
5.5 本章小结 155
参考文献 155
第6章基于2，5-呋喃二甲酸的可降解聚酯 159
6.1 引言 159
6.2 2，5-FDCA基芳香聚酯的降解 160
6.2.1 PEF的酶催化降解 160
6.2.2 PBF的酶催化降解 161
6.2.3 不同二醇对2，5-FDCA基聚酯酶降解的影响 161
6.3 2，5-FDCA基脂肪芳香共聚酯 163
6.3.1 丁二酸和己二酸的2.5-FDCA基共聚酯 164
6.3.2 二甘醇酸的2，5-FDCA基共聚酯 174
6.3.3 长链二元酸的2，5-FDCA基共聚酯 174
6.3.4 碳酸酯的2，5-FDCA基聚酯 176
6.3.5 羟基脂肪酸的2，5-FDCA基共聚酯 180
6.3.6 聚乙二醇的2，5-FDCA基聚酯 194
6.4 本章小结 204
参考文献 205
第7章展望 209
关键词索引 210