基于可再生资源聚2,5-呋喃二甲酸N二醇酯的设计、合成与性能研究

面对石油价格的不断升高和石油开采量的有限且将最终枯竭的威胁，以及环境保护和低能耗的发展要求，可再生资源补充或代替石油化学品，已成为一种不可回避的选择，成为发展趋势。本项目着眼于以基于可再生资源合成的2,5-呋喃二甲酸和直链脂肪族生物基二醇（如生物基乙二醇、生物基1,3-丙二醇等）为原料，采用操作简单低能耗环保的直接酯化法，运用单一双功能高效纳米粒子负载型催化剂，开发制备基于可再生资源的、环境友好的高分子量线性聚2,5-呋喃二甲酸N二醇酯，并系统的对其合成方法、链结构及其结构和性能的关系进行探究和深入表征；研究该系列聚酯与对苯二甲酸系列聚酯的异同，探究聚2,5-呋喃二甲酸N二醇酯新的性能，以期代替依赖石油资源的对苯二甲酸系列聚酯。希冀探究基于可再生资源聚酯的制备科学和方法学，为发展基于可再生资源聚酯材料提供技术支持和理论指导。

随着环境污染和人们环保意识的增强，基于可再生资源高分子材料的研发越来越引起人们的兴趣。2,5-呋喃二甲酸（FDCA）是呋喃家族的成员之一，是可基于可再生资源合成的，其结构与对苯二甲酸相似，被认为是对苯二甲酸的代替品。本项目以基于可再生资源合成的2,5-呋喃二甲酸和直链脂肪族二元醇（乙二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇， 16-己二醇和1,8-辛二醇）为原料，采用直接酯化法，制备了基于可再生资源的、环境有好的线性高分子量聚2，5-呋喃二甲酸N（乙、丙、丁、己和辛）二醇酯，形成了该系列聚酯的聚合工艺，确立了其链结构以及结构与性能的关系。研究结果表明聚2,5-呋喃二甲酸N二醇酯是线性高分子量的，为半结晶性聚酯，密度在1.19-1.38 kg/m3；仅溶于三氟醋酸、四氯乙烷/苯酚混合液、三氯甲烷/邻甲酚混合液、六氟异丙醇和邻氯苯酚等溶剂，不容易甲苯、苯、甲醇、乙醇、四氢呋喃和丙酮等常规有机溶剂；表面为亲水性的；玻璃化转变温度在17.4-89.9℃，熔点在132.8-210.4℃，其中PTF没有熔点，起始热分解温度高于370℃，具有良好的热性能和力学性能；在酸性和中性水溶液环境中稳定，在碱性水溶液环境中略有分解；对比该系列聚酯与对苯二甲酸系列聚酯的异同，发现聚2,5-呋喃二甲酸N二醇酯具有代替依赖石油资源的对苯二甲酸系列聚酯的潜能，具有向生物医用材料发展的潜质；运用单一双功能高效纳米粒子负载型催化剂，对现有聚酯传统而苛刻的合成条件提出了挑战，研究结果表明Ti(OC4H9)4/nano-SiO2负载型催化剂既可催化酯化反应又可催化缩聚反应，可有效降低副反应的发生；合成的含呋喃环聚酯分子量明显高于采用单纯钛酸四丁酯合成的。本项目的所取得的成果为发展基于可再生资源聚酯材料提供了一定的技术支持和理论指导，为设计、合成和开发新型聚酯材料在一定程度上提供了一个方向。