Axit 2,5-Furandicarboxylic (FDCA) chứa một vòng furan cứng, phẳng điều đó đưa độ cứng vào khung polyester. Độ cứng cấu trúc này làm giảm sự tự do quay dọc theo chuỗi polyme, thúc đẩy liên kết chuỗi có trật tự hơn và đóng gói hiệu quả hơn ở trạng thái rắn . Kết quả là sự hình thành các vùng tinh thể trong nền polyme tăng lên. Mức độ kết tinh bị ảnh hưởng trực tiếp bởi tính đều đặn và tính đối xứng của chuỗi polymer, và độ cứng vốn có của FDCA ủng hộ sự sắp xếp có trật tự như vậy. Việc bó dây chuyền cải tiến giúp tăng cường các tính chất cơ học của polyester thu được, bao gồm độ bền kéo và độ ổn định kích thước, đồng thời góp phần mang lại hiệu suất rào cản chống lại khí và độ ẩm tốt hơn. Tuy nhiên, độ cứng có thể hạn chế một chút tính di động của chuỗi trong quá trình xử lý, điều này phải được quản lý để tránh sự kết tinh chậm hoặc không hoàn toàn.
Sự hiện diện của FDCA ảnh hưởng đáng kể hành vi kết tinh do các tương tác mạnh mẽ giữa các chuỗi phát sinh từ các gốc furan cực và xu hướng xếp chồng π-π. Những tương tác này khuyến khích sự tạo mầm và tăng trưởng của các miền tinh thể trong quá trình làm mát. Tốc độ kết tinh của các polyester dựa trên FDCA, chẳng hạn như polyethylene furanoate (PEF), có xu hướng ở mức trung bình đến cao tùy thuộc vào điều kiện xử lý và sự hiện diện của comonomer. Lịch sử nhiệt, tốc độ làm mát và hàm lượng FDCA của polyme xác định kích thước và độ hoàn hảo của các vùng tinh thể. Sự kết tinh tối ưu giúp cải thiện tính toàn vẹn cơ học, khả năng chịu nhiệt và tính chất rào cản, làm cho các polyme dựa trên FDCA phù hợp cho các ứng dụng đóng gói, sợi và màng. Tuy nhiên, làm lạnh quá nhanh có thể dẫn đến sự kết tinh không hoàn toàn, tạo ra các vật liệu vô định hình một phần với hiệu suất giảm.
FDCA đóng góp vào một nhiệt độ nóng chảy cao hơn (Tm) trong polyester dựa trên sinh học so với polyester có nguồn gốc từ diaxit béo linh hoạt hơn. Vòng furan cứng trong FDCA làm tăng năng lượng cần thiết để phá vỡ mạng tinh thể, dẫn đến tăng cường độ ổn định nhiệt. Ví dụ, polyethylene furanoate (PEF) thể hiện nhiệt độ nóng chảy trong khoảng 215–220°C, nhiệt độ này có thể được điều chỉnh thông qua thành phần polyme và các chiến lược đồng trùng hợp. Tm tăng cao cải thiện khả năng của polyme khả năng chống biến dạng nhiệt , làm cho vật liệu dựa trên FDCA phù hợp cho các ứng dụng nhiệt độ cao như đóng gói đồ uống nóng và quy trình đúc nhiệt. Độ ổn định nhiệt này, cùng với độ kết tinh cao, đảm bảo rằng polyme duy trì tính toàn vẹn cơ học trong cả quá trình xử lý và sử dụng cuối cùng.
Độ kết tinh tổng thể của polyester dựa trên FDCA phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm Hàm lượng FDCA, tỷ lệ copolyme, phương pháp trùng hợp và điều kiện xử lý . Việc kết hợp FDCA cao hơn thường làm tăng độ cứng của chuỗi và thúc đẩy sự hình thành miền tinh thể, tăng cường độ bền cơ học và các đặc tính rào cản. Tỷ lệ giữa vùng vô định hình và vùng kết tinh có thể được điều chỉnh để đạt được các đặc tính hiệu suất vật liệu cụ thể. Làm mát có kiểm soát và phép đo lượng hóa học monome chính xác cho phép các nhà sản xuất tối ưu hóa độ kết tinh , đạt được sự cân bằng mong muốn giữa độ cứng, tính linh hoạt và khả năng chịu nhiệt. Khả năng điều chỉnh này là lợi thế chính cho các ứng dụng yêu cầu hiệu suất tùy chỉnh, từ màng đóng gói có rào cản cao đến sợi bền.
Ảnh hưởng của FDCA đến độ kết tinh và nhiệt độ nóng chảy có hậu quả trực tiếp đối với hiệu suất ứng dụng công nghiệp . Độ kết tinh được nâng cao giúp cải thiện độ ổn định kích thước, độ bền cơ học và đặc tính rào cản khí, rất cần thiết cho bao bì thực phẩm và đồ uống, màng công nghiệp và sợi đặc biệt. Nhiệt độ nóng chảy cao hơn đảm bảo rằng polyester gốc FDCA có thể chịu được các điều kiện xử lý nhiệt và đổ đầy nóng mà không bị suy giảm. Bằng cách kiểm soát cẩn thận thành phần polyme và các thông số xử lý, nhà sản xuất có thể điều chỉnh các polyme dựa trên FDCA để đáp ứng yêu cầu chức năng cụ thể , đạt được hiệu suất tối ưu về các đặc tính cơ học, nhiệt và rào cản đối với các vật liệu dựa trên sinh học hiệu suất cao, bền vững.
Copyright© Zhejiang Sugar Energy Technology Co., Ltd. All Rights Reserved.
