“螺旋+高次级转变“结构2,5-呋喃二甲酸基聚酯的设计、合成与性能研究

Although the barrier properties of biobased polyester poly(propylene 2,5-furandicarboxylate) (PPF) are excellent, the toughness is poor and the glass transition is low. Therefore, the design and development of high performance modified PPF is of great significance. In the project, starting from the strategy of the design and synthesis of 2,5-furandicarboxylic acid-based spiral polyesters with intensive secondary transition, the diacids with different carbonyl distances and diols with cyclohexylene ring react with 2,5-furandicarboxylic acid and 1,3-propanediol, respectively. A series of 2,5-furandicarboxylic acid-based spiral polyesters with intensive secondary transition have been designed and synthesized. The propylene 2,5-furandicarboxylate unit can endow the polyester with a certain spiral structure and maintain excellent barrier performance. The diacids with different carbonyl distances or diols with cyclohexylene ring can increase the secondary transition of the polyester and improve its toughness and glass transition temperature. High performance 2,5-furandicarboxylic acid-based polyesters can be synthesized. Meanwhile, this paper explores the relationship between chemical structure, secondary transition and properties about 2,5-furandicarboxylic acid-based polyesters, and improves relevant theories. This project will play a key role in promoting the development of biobased polyesters.

生物基聚酯聚呋喃二甲酸丙二醇酯（PPF）具有优异的阻隔性能，但韧性较差，玻璃化转变较低。因此，高性能改性PPF的设计开发具有重要意义。本项目从设计合成“螺旋+高次级转变”结构的呋喃二甲酸基聚酯的策略出发，采用“不同羰基间距离”的二酸与可发生环构象转变的“六元环”二醇，分别与呋喃二甲酸、1,3-丙二醇反应，设计合成一系列具有“螺旋+高次级转变”结构的呋喃二甲酸基聚酯。其中呋喃二甲酸丙二醇酯单元可以赋予聚酯一定的螺旋结构，以保持优异的阻隔性能，“不同羰基间距离”二酸或“六元环”二醇可增加聚酯的次级转变，提高其韧性和玻璃化转变温度，合成出高性能的呋喃二甲酸基聚酯。同时，探究呋喃二甲酸基聚酯的化学结构、次级转变和性能的关系，完善相关理论。本项目的实施将为生物聚酯的发展起到一定推动作用。

聚酯是一个与国计民生息息相关的产业，其产品广泛用于化学纤维、轻工、电子、建筑等国民经济的各个方面。聚酯纤维用于衣着、装饰和纺织品，其产量在我国已经占到合成纤维总产量的80%以上；聚酯瓶主要用于饮料和食品包装等领域。生物基聚酯聚呋喃二甲酸丙二醇酯（PPF）具有优异的阻隔性能，但韧性较差，玻璃化转变较低。因此，高性能改性PPF的设计开发具有重要意义。为了解决上述问题，本项目从设计合成“螺旋+高次级转变”结构的呋喃二甲酸基聚酯的策略出发，采用“不同羰基间距离”的二酸与可发生环构象转变的“六元环”二醇，分别与呋喃二甲酸、1,3-丙二醇反应，设计合成一系列具有“螺旋+高次级转变”结构的呋喃二甲酸基聚酯。结果表明：通过引入2,6-萘二甲酸和1,4-环己烷二甲醇，均可合成出韧性的FDCA基聚酯。当1,4-环己烷二甲醇的出料比为50%时，共聚酯具有良好的力学性能，拉伸强度为74 MPa，断裂伸长率为145%。当2,6-萘二甲酸的出料比为26%时，共聚酯的拉伸强度为71 MPa，断裂伸长率为146%。总之，增加β松弛的强度，降低β松弛的温度，或降低α松弛的起始温度到室温以下，均能提高FDCA基聚酯的韧性。同时，建立了呋喃二甲酸基聚酯的化学结构、次级转变和性能的关系，完善了相关理论，所取得的研究成果为高性能生物聚酯的发展起到一定推动作用，在本项目的资助下，共发表了学术论文5篇，申请专利1项，较好的完成了预定研究目标。