Kyselina 2,5-furandikarboxylová (FDCA) obsahuje a tuhý, rovinný furanový prstenec který vnáší tuhost do polyesterové páteře. Tato strukturální tuhost snižuje rotační volnost podél polymerního řetězce a podporuje uspořádanější uspořádání řetězu a účinné balení v pevném stavu . Výsledkem je zvýšení tvorby krystalických oblastí v polymerní matrici. Stupeň krystalinity je přímo ovlivněn pravidelností a symetrií polymerních řetězců a vlastní tuhost FDCA taková uspořádaná uspořádání upřednostňuje. Vylepšené balení řetězu zlepšuje mechanické vlastnosti výsledného polyesteru, včetně pevnosti v tahu a rozměrové stability, a zároveň přispívá k lepší bariérové schopnosti proti plynům a vlhkosti. Tuhost však může mírně omezovat pohyblivost řetězce během zpracování, což je nutné zvládnout, aby se zabránilo pomalé nebo neúplné krystalizaci.
Přítomnost FDCA významně ovlivňuje krystalizační chování v důsledku silných meziřetězcových interakcí vznikajících z polárních furanových skupin a tendencí π-π vrstvení. Tyto interakce podporují nukleaci a růst krystalických domén během ochlazování. Rychlost krystalizace polyesterů na bázi FDCA, jako je polyethylen furanoát (PEF), má tendenci být střední až vysoká v závislosti na podmínkách zpracování a přítomnosti komonomerů. Tepelná historie polymeru, rychlost chlazení a obsah FDCA určují velikost a dokonalost krystalických oblastí. Optimální krystalizace zlepšuje mechanickou integritu, tepelnou odolnost a bariérové vlastnosti, díky čemuž jsou polymery na bázi FDCA vhodné pro balení, vlákna a fólie. Příliš rychlé ochlazení však může vést k neúplné krystalizaci, čímž se získají částečně amorfní materiály se sníženým výkonem.
FDCA přispívá k a vyšší teplota tání (Tm) v polyesterech na biologické bázi ve srovnání s polyestery odvozenými od pružnějších alifatických dikyselin. Pevný furanový kruh ve FDCA zvyšuje energii potřebnou k narušení krystalické mřížky, což má za následek zvýšenou tepelnou stabilitu. Například polyethylen furanoát (PEF) vykazuje teploty tání v rozmezí přibližně 215–220 °C, které lze přizpůsobit pomocí polymerního složení a kopolymerizačních strategií. Zvýšená Tm zlepšuje polymer odolnost proti tepelné deformaci , díky čemuž jsou materiály na bázi FDCA vhodné pro vysokoteplotní aplikace, jako jsou nápojové obaly plněné za horka a procesy tepelného lisování. Tato tepelná stabilita spolu s vysokou krystalinitou zajišťuje, že si polymer zachovává mechanickou integritu během zpracování i konečného použití.
Celková krystalinita polyesterů na bázi FDCA závisí na mnoha faktorech, včetně Obsah FDCA, poměr kopolymerů, způsob polymerace a podmínky zpracování . Vyšší začlenění FDCA obecně zvyšuje tuhost řetězce a podporuje tvorbu krystalických domén, čímž se zvyšuje mechanická pevnost a bariérové vlastnosti. Poměr amorfních versus krystalických oblastí lze vyladit pro dosažení specifických vlastností materiálu. Řízené chlazení a přesná stechiometrie monomeru to výrobcům umožňují optimalizovat krystalinitu dosažení požadované rovnováhy mezi tuhostí, pružností a tepelným odporem. Tato laditelnost je klíčovou výhodou pro aplikace vyžadující přizpůsobený výkon, od balicích fólií s vysokou bariérou až po odolná vlákna.
Vliv FDCA na krystalinitu a teplotu tání má přímé důsledky pro výkon průmyslových aplikací . Vylepšená krystalinita zlepšuje rozměrovou stabilitu, mechanickou pevnost a vlastnosti plynové bariéry, které jsou nezbytné pro balení potravin a nápojů, průmyslové fólie a speciální vlákna. Vyšší teplota tání zajišťuje, že polyestery na bázi FDCA vydrží tepelné zpracování a podmínky plnění za horka bez degradace. Pečlivou kontrolou složení polymerů a parametrů zpracování mohou výrobci přizpůsobit polymery na bázi FDCA tak, aby vyhovovaly specifické funkční požadavky , dosažení optimálního výkonu z hlediska mechanických, tepelných a bariérových vlastností pro udržitelné, vysoce výkonné materiály na biologické bázi.
Copyright© Zhejiang Sugar Energy Technology Co., Ltd. All Rights Reserved.
