生物基聚酯的技术现状与趋势

近年来,聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)消费市场和产能呈强劲增长态势,进一步刺激了诸多生物科技企业对生物基PET技术的研发兴趣和投入。目前,可行的生物基PET技术路线的研发重心主要集中在生物基乙二醇和生物基对苯二甲酸(TPA)等生物基单体技术方面。文章主要介绍了国内外生物基PET和新型聚2,5-呋喃二甲酸乙二酯(PEF)的技术发展现状及相关产品,并对我国生物基聚酯未来的发展提出了思考与建议。

生物基PEF和石油基PET微塑料对微藻生物效应

微塑料(MPs)对水生生态系统主要生产者微藻的生物效应及其相互作用,目前还没有得到足够的关注.为此以蛋白核小球藻为受试生物,考察聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET,石油基塑料)及其替代物聚2,5-呋喃二甲酸乙二醇酯(PEF,生物基塑料)两种MPs对微藻产生的生物效应,并进行比较.结果表明,PEF和PET MPs能够抑制微藻细胞生长及其体内叶绿素的积累,扰乱微藻的抗氧化平衡体系,对活性氧(ROS)的积累及抗氧化酶的活性具有诱导和促进作用.研究还发现,PEF和PET MPs会促进微藻胞外聚合物(EPS)的分泌,降低胞内大分子物质的含量;通过扫描电子显微镜发现许多微藻细胞黏附在粗糙的MPs表面形成异质聚集体.PEF和PET MPs对微藻的生物效应具有一定的差异性,尤其是EPS的分泌方面,PEF MPs对EPS分泌的促进作用大于PET MPs的;从侧面来看,生物基PEF MPs可能具备更好的生物降解性能.研究结果为不同来源(生物基或石油基)MPs的生物效应研究提供了基础数据,为生物基MPs环境风险评估提供了研究基础.

生物基PEF的合成及其等温结晶动力学研究

以生物基2,5-呋喃二甲酸二甲酯(DMFD)和乙二醇(EG)为原料,乙二醇锑为催化剂,利用酯交换法制备了生物基聚2,5-呋喃二甲酸乙二醇酯(PEF)。研究了生物基PEF的结构及热稳定性和结晶性能,应用等温结晶动力学研究了生物基PEF的结晶行为。结果表明:当DMFD与EG的摩尔比为1.8时,酯交换和缩聚反应最佳,核磁共振氢谱和傅里叶变换红外光谱测试结果表明合成的物质为目标产物PEF;生物基PEF具有与石油基聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等聚酯相似的热稳定性,但其玻璃化转变温度(Tg)为90.7℃大于石油基PET的Tg,熔点(Tm)为211.6℃低于石油基PET的Tm;生物基PEF的等温结晶动力学研究表明,在150~170℃时,其Avrami指数为2.21~2.54,结晶度为20.8%~27.7%,结晶速率常数为(4.40~32.00)×10^-3,表观活化能为43.98 kJ/mol,其中,165℃进行保温冷结晶时,生物基PEF结晶速率达到最大,但与石油基PET相比,生物基PEF结晶速率很慢。

纺丝级生物基聚呋喃二甲酸乙二醇酯的合成及纤维制备

针对生物基聚呋喃二甲酸乙二醇酯(PEF)因分子量小、脆性大而导致其在纺织化纤领域的应用受限的难题,利用不同催化剂、工艺条件合成PEF;优选醋酸锌-钛酸四丁酯组合作为催化剂,合成数均分子量(Mn≈30 000 g/mol)、分子量分布(多分散指数PDI<3)均适用于纺丝的PEF。采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、核磁共振氢谱(1H-NMR)等表征PEF的形貌与结构;采用差示扫描量热法(DSC)和热失重分析(TGA)表征PEF的热性能,并通过两步法纺丝工艺UDY-DTY(未拉伸丝-拉伸变形丝)制备PEF纤维,研究牵伸倍数对纤维力学性能的影响。结果表明:合成的PEF玻璃化转变温度为90~92℃,熔点为210~213℃,起始热分解温度高于370℃,具有良好的热稳定性;两步法制备的PEF纤维的断裂强度最高达2.17 cN/dtex,基本可以满足纺织领域的应用要求。