Làm thế nào để sự kết hợp của axit 2, 5 furandicarboxylic (FDCA) vào polyesters cải thiện tính chất cơ học và nhiệt của các vật liệu kết quả?

Sự kết hợp của Axit 2,5-furandicarboxylic (FDCA) vào xương sống polyester làm tăng đáng kể độ ổn định nhiệt của polymer kết quả. Điều này phần lớn là do độ cứng và độ thơm vốn có của vòng furan, chống lại chuyển động phân tử và hạn chế sự cố của chuỗi polymer ở ​​nhiệt độ cao. Không giống như các polyesters dựa trên axit terephthalic truyền thống, các polyme có nguồn gốc từ FDCA (như polyetylen furanoate, PEF) có thể thể hiện nhiệt độ chuyển tiếp thủy tinh cao hơn (TG) và ngưỡng phân hủy, khiến chúng có thể thay đổi trên các ứng dụng như thế độ.

FDCA tăng cường sức mạnh cơ học của polyesters bằng cách đóng góp một kiến ​​trúc phân tử tuyến tính, cứng và phẳng. Độ cứng này hạn chế sự xoay quanh xương sống polymer, dẫn đến cấu trúc chuỗi mở rộng hơn và đóng gói chặt chẽ hơn trong các pha vô định hình và bán tinh thể. Kết quả là sự gia tăng rõ rệt về độ bền kéo, mô đun Young Young và ứng suất năng suất. Trong thử nghiệm căng thẳng căng thẳng, FDCA-Polyesters luôn vượt trội so với các đối tác PET của họ, đặc biệt là dưới tải trọng cao và mệt mỏi theo chu kỳ, điều này rất cần thiết cho các bộ phận bền trong các ứng dụng cấu trúc hoặc định dạng bao bì có thể tái sử dụng.

Các polyesters biến đổi FDCA cho thấy khả năng chống suy giảm hóa học vượt trội do vòng furan giàu electron và tương đối trơ. Các nhóm carboxylate đối xứng ở vị trí 2,5 tăng cường rào cản chống lại các cuộc tấn công nucleophilic và điện di, đặc biệt là trong môi trường axit hoặc cơ bản. Lợi thế cấu trúc này truyền đạt khả năng chống sưng, thủy phân và làm mềm do dung môi. Do đó, Polyesters của FDCA rất phù hợp với lớp lót chứa hóa chất, lớp phủ trong ống dẫn chất lỏng công nghiệp và bao bì dược phẩm trong đó độ tinh khiết hóa học và tính toàn vẹn polymer là rất cần thiết.

Các polyesters có chứa FDCA cho thấy khả năng chống cực tím (UV) được cải thiện do khả năng hấp thụ và tiêu tan bức xạ UV của vòng furan mà không trải qua sự phân tán hoặc phân hủy chuỗi đáng kể. Không giống như các vòng benzen trong terephthalate, dễ bị phân hủy, vòng furan cung cấp một cấu hình định vị electron khác nhau, làm giảm sự hình thành triệt để dưới ánh sáng UV. Tính năng phân tử này cho phép các polyesters dựa trên FDCA duy trì hiệu suất cơ học và độ rõ quang học trong môi trường tiếp xúc ngoài trời hoặc năng lượng mặt trời kéo dài như màng nhà kính, tấm ô tô và các thành phần pin mặt trời.

FDCA cải thiện đáng kể hiệu suất hàng rào khí và hơi bằng cách tạo ra một con đường quanh co hơn để khuếch tán phân tử thông qua ma trận polymer. Bản chất cực và độ cứng của FDCA làm tăng mật độ chuỗi và giảm tính di động phân đoạn, do đó làm giảm hệ số tính thấm cho các loại khí như oxy (O₂), carbon dioxide (Co₂) và hơi nước (H₂O). Ví dụ, polyetylen furanoate (PEF) đã được chứng minh là cung cấp các đặc tính oxy tốt hơn 10 lần và 5x Rào cản CO₂ so với PET, làm cho nó trở nên lý tưởng cho bao bì thực phẩm và đồ uống có hiệu suất cao, gói phồng rộp dược phẩm.

Mặc dù FDCA đóng góp cho các đặc tính hiệu suất cao, nhưng nó vẫn giữ được khả năng tương thích với các con đường phân hủy sinh học trong các cài đặt phân hủy công nghiệp hoặc suy giảm enzyme. Các polyesters dựa trên FDCA thể hiện sự phân tách thủy phân nhanh hơn do tăng tính ưa nước và khả năng tiếp cận liên kết este. Nguồn gốc dựa trên sinh học của FDCA hỗ trợ sự cố của nó thành các sản phẩm suy thoái không độc hại, tự nhiên. Điều này làm cho các dẫn xuất của FDCA hấp dẫn đối với các ứng dụng bền vững trong đó giảm sự kiên trì vi mô và khả năng tương thích môi trường tốt hơn được ưu tiên, chẳng hạn như hàng dệt y tế sử dụng một lần hoặc hàng hóa tiêu dùng phân hủy hàng hải.