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为何选择2,5-呋喃二甲酸(FDCA)可降解材料?

发布时间:2023-09-04 点击数:6
2,5-呋喃二甲酸(FDCA)用于生产生物降解塑料、不饱和树脂,也可用作石油基高聚物的短期改性剂,市场潜力巨大。 FDCA 已跻身于生物基工业产品的10大生物精炼碳水化合物衍生物之列。 在聚酯生产中,FDCA 可作为对苯二甲酸的可再生且环保的替代品,被认为是众多石化产品(如对苯二甲酸和己二酸)的替代品。
可降解材料在现代社会中变得越来越重要,因为人们对环境保护和可持续发展的需求不断增加。在寻找适用于可降解材料的原料时,2,5-呋喃二甲酸(FDCA)作为一个引人注目的选择,具有一系列优点,使其成为众多可降解材料产品的理想原料。
生物可降解性: 2,5-呋喃二甲酸是一种天然的有机酸,具有优异的生物可降解性。在环境中,它能够迅速分解成更小的分子,并被微生物降解,从而减少对生态系统的持久影响。这使得以2,5-呋喃二甲酸为原料制造的可降解产品更能够减少塑料垃圾的产生。
环保性: 2,5-呋喃二甲酸的生产过程通常使用可再生资源,减少了对有限石化资源的依赖。相比传统石化原料,其生产所产生的温室气体排放更少,从而有助于减缓气候变化。
优良性能:具有优异的阻气性、耐热性和生物降解性,适用于食品包装、饮料瓶等领域。同时,它作为增塑剂和环保成分,可用于制造各类塑料制品、化妆品和个人护理产品。
中文名2,5-呋喃二甲酸
外文名2,5-Furandicarboxylicacid
FDCA
化学式C6H4O5
分子量156.093
CAS登录号3238-40-2
419.20 ℃
1.604 g/cm3
白色固体
2,5-呋喃二甲酸是一种重要的生物基化工原料,其广泛应用于聚酯、增塑剂、涂料等领域。作为可生物降解的化学品,FDCA具备出色的热稳定性、机械性能和高生物透明性,因此在制造聚酯、聚酰胺、涂料等多种材料中得到广泛应用。研究者们越来越关注FDCA的结构,因为它作为可替代石化来源的生物质原料,具有可持续生产的潜力,不仅能够减少碳足迹,还能对环境产生更友好的影响。
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生物基塑料应用:
生物基塑料已成为一项重要发展趋势,其中2,5-呋喃二甲酸(FDCA)作为生物可降解的原料,在生物基塑料制造领域得到广泛应用。这些生物基塑料利用可再生资源制造,降低对有限的石化资源的依赖。制造过程中减少温室气体排放,使用结束后易于降解,有助于缓解塑料垃圾问题。
《Synthesis and characterisation of polyamides based on 2,5-furandicarboxylic acid as a sustainable building block for engineering plastics》介绍了基于生物基单体2,5-呋喃二甲酸的半芳香聚酰胺的合成及特性。该聚酰胺在熔融缩聚法下,通过使用Ti-异丙氧化物和Ti-柠檬酸盐这两种催化剂,实现了高分子量和高玻璃化转变温度(130°C),并表现出良好的力学性能和热稳定性。
《Recent Progress on Bio-Based Polyesters Derived from 2,5-Furandicarbonxylic Acid (FDCA)》总结了基于FDCA的聚酯及其复合材料的进展,特别关注其热力学、结晶、阻隔性能和生物降解性能。该研究指出,FDCA作为一种生物基建筑单元,具有巨大的应用潜力,可以替代石化来源的对苯二甲酸,制备高性能的芳香聚酯。
《Isosorbide and 2,5-Furandicarboxylic Acid Based (Co)Polyesters: Synthesis, Characterization, and Environmental Degradation》研究了异山梨醇与2,5-呋喃二甲酸基(共)聚酯,完全来源于可再生资源,且具备定制特性,尤其是良好的可降解性。通过ATR-FTIR、1H和13C NMR、XRD光谱以及热分析(TGA和DSC)等全面表征这些共聚酯,结果显示它们具有高热稳定性(达330°C),且随着2,5-呋喃二甲酸含量增加,玻璃化转变温度从约9°C上升至约60°C。通过引入生物基的2,5-呋喃二甲酸、异山梨醇和十二二酸,成功地调控了这些新型聚酯的热性能和生物降解性能。研究揭示了基于异山梨醇和2,5-呋喃二甲酸的共聚酯在可持续包装材料领域具有潜在的应用前景。
《Synthesis and Characterization of All Renewable Resources Based Branched Polyester: Poly(2,5-furandicarboxylic acid-co-glycerol》指出,通过在2 mol% Sb2O3催化剂存在下,将全生物可再生基单体2,5-呋喃二甲酸和甘油在210°C下缩合,成功合成了支化聚酯树脂,收率达70%。通过元素分析、核磁共振(NMR)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和热重分析(TGA-DTG)等手段对该树脂进行了详细表征。
《Polyester resin, production method for said polyester resin, and polyester resin composition》 提供了一种聚酯树脂,其中主链包含2,5-呋喃二甲酸单元和环己二甲醇单元,具备高分子量、耐热性和水解稳定性,并且具有优异的机械性能和熔融热稳定性。该论文还介绍了一种制备具有高反应速率和上述性质的聚酯树脂的方法。
增塑剂应用:
2,5-呋喃二甲酸作为一种增塑剂,具有改善塑料柔韧性和加工性的特性。增塑剂在塑料制品中的应用可以提高塑料的柔韧性和可加工性,而2,5-呋喃二甲酸作为一种非卤素增塑剂,既具有环保性又具备安全性。因此,它在食品包装、玩具、家居用品、电子设备等多个领域中被广泛应用。
《Synthesis and Plasticizing Effect of Novel Bio-base Plasticizers Based on Furanedicarboxylic Acid》着重探究了基于2,5-呋喃二甲酸(FDCA)、反式2己烯醇(Is)和1,12-十二二酸(DDA)合成的异山梨醇-2,5-呋喃二甲酸酯-共-十二二酸酯(Is/FDCA/DDA)聚酯作为PVC增塑剂的效果。研究结果表明,新型生物基增塑剂均能提升PVC材料的冲击强度,尤以2,5-呋喃二甲酸二正己酯(DNHFDC)的效果更为显著,相较2,5-呋喃二甲酸二(反式2己烯)酯(DT2HFDC)。当增塑剂添加量达到10%,以DNHFDC作为增塑剂的PVC材料的冲击强度提高了0.28 kJ/m2,拉伸强度降低了4.2 MPa。这一研究为基于2,5-呋喃二甲酸的增塑剂在PVC材料中的应用提供了有益的指导和理论基础。
《生物基增塑剂绿色合成工艺研究》聚焦于增塑剂在聚合物中的关键作用,其功能主要在于调节材料性质,特别是降低玻璃化转变温度(Tg)以赋予材料更好的柔韧性和延展性。传统的石油基增塑剂,如邻苯二甲酸酯类,虽然在市场上占据主导地位,但研究发现其可能对人体健康造成潜在危害,因此推动了对环保的生物基增塑剂的研究热潮。本研究通过绿色合成方法,成功开发了2,5-呋喃二甲酸二异辛酯和异山梨醇二辛酸酯这两种生物基增塑剂,并设计合成了一种新型增塑剂。这些增塑剂在PVC材料中的应用效果经过增塑性能测试得以验证。
论文中还提到,该研究采用大肠杆菌表达系统表达酶催化剂,通过酶催化对5-羟甲基糠醛(HMF)进行氧化合成2,5-呋喃二甲酸(FDCA),并运用绿色催化剂离子液体进一步将FDCA和异辛醇催化反应,成功合成2,5-呋喃二甲酸二异辛酯。异山梨醇和辛酸酐也被利用,通过离子液体催化合成异山梨醇二辛酸酯。这些新型增塑剂的绿色制备方法展现了可持续发展的潜力,为塑料材料的环保改良提供了新的途径。
涂料行业应用:
对于可持续性和环保性的关注越发引人注目。在这个背景下,涂层材料作为关键的应用领域,正经历着以创新材料为基础的革命性变革。2,5-呋喃二甲酸及其衍生物作为全新生物基聚酯粘结剂及其在聚氨酯(PU)涂层中的应用潜力巨大。
《Development and Life Cycle Assessment of Polyester Binders Containing 2,5-Furandicarboxylic Acid and Their Polyurethane Coatings》介绍了一种基于2,5-呋喃二甲酸(FDCA)的全新生物基聚酯粘结剂,作为制备聚氨酯(PU)涂层的前体。这种生物基结构包括甘油、1,3-丙二醇、2,5-呋喃二甲酸和琥珀酸。通过与传统聚异氰酸酯进行交联反应,制备了相应的PU涂层。研究评估了技术性能,并将其与部分生物基和化石基聚酯粘结剂进行比较。研究结果显示,新型PU涂层更坚硬且更亲水,从而提高了附着力。通过生命周期评估,研究还表明基于FDCA的新型聚酯粘结剂在温室气体排放和非可再生能源消耗方面都显著降低,分别为-36%和-79%、-38%和-60%。该研究展示了基于FDCA的新型聚酯粘结剂的制备方法及其在涂层领域中的潜在应用,同时也强调了其在环境方面的优势,为可持续涂层材料的开发提供了有益信息。
《Linear and Branched Polyester Resins Based on Dimethyl-2,5-Furandicarboxylate for Coating Applications》通过无需溶剂的大规模缩聚技术制备了基于二甲基-2,5-呋喃二甲酸酯、2,3-丁二醇以及不同共聚单体的羟基端封闭的(共)聚酯树脂,适用于涂层应用。这些材料经过异氰酸酯化合物的交联反应制备涂层,涂层厚度介于30至55微米之间,具有高硬度但相对脆弱。研究显示,这些基于DMF的聚酯树脂在生物基涂层应用方面具有潜在的应用前景。研究还进行了广泛的分子和热性质表征,发现它们适合溶剂型涂层,制备的涂层表现出良好的耐溶剂性。总体而言,这项研究表明基于二甲基-2,5-呋喃二甲酸酯的聚酯树脂在生物基涂层应用领域具有潜在前景,并为进一步开发和应用这类涂层材料提供了有价值的信息。
食品包装行业应用:
采用2,5-呋喃二甲酸制成的生物基塑料用于食品和饮料包装,有助于降低塑料包装对环境的影响。这些塑料不含有害物质,确保食品安全,且易于降解,减少了塑料污染问题。
《Insights into the Synthesis of Poly(ethylene 2,5-Furandicarboxylate) from 2,5-Furandicarboxylic Acid: Steps toward Environmental and Food Safety Excellence in Packaging Applications》探讨了聚乙二醇2,5-呋喃二甲酸酯(PEF)的合成,这是一种在包装应用中具有极高前景的生物基聚合物。尽管现有文献已描述了基于2,5-呋喃二甲酸二甲酯的酯交换合成方法,但现在需要一种实际可行且经济可行的PEF合成途径,其中包括直接将2,5-呋喃二甲酸酯化的步骤。为此,研究选择了锌醋酸盐和乙酰丙酮铝两种催化剂,因其适用于食品接触应用并具有潜在的环境友好特性。研究还关注了最终PEF的粘度、颜色和二乙二醇含量等特性,这些因素可能显著影响其热性能和阻隔性能。此外,所得到的非晶态聚合物也呈现出潜在的应用前景。这项研究为实现环境友好且与食品安全相关的PEF合成方法提供了深入的洞察,从而推动在包装领域的应用。
《Improved polymerization and depolymerization kinetics of poly(ethylene terephthalate) by co-polymerization with 2,5-furandicarboxylic acid》探讨了聚对苯二甲酸乙二酯与生物基单体2,5-呋喃二甲酸(FDCA)的共聚作用。对苯二甲酸乙二酯因其透明度、食品安全性、韧性和阻隔性能在刚性包装中应用广泛。研究发现,FDCA在提升对苯二甲酸乙二酯的酯化反应动力学和碱水解动力学方面具有多重功能。通过与不同含量的FDCA共聚,可以增强单体的溶解性,改善酯化反应动力学。在碱水解过程中,FDCA单元几乎使转化率和单体产率翻倍。这表明FDCA有助于促进对苯二甲酸乙二酯的酯化和水解反应,可能降低反应温度或缩短反应时间,以改善对苯二甲酸乙二酯的制备和降解过程,减少碳足迹。总的来说,这项研究为PET的改性合成和环保降解提供了新的见解。
尼龙纤维:
《Semi-bio-based aromatic polyamides from 2,5-furandicarboxylic acid: toward high-performance polymers from renewable resources》报道了一种半生物基芳香聚酰胺的制备及性能。该聚酰胺由FDCA和1,4-二氨基苯乙烷(DAPE)组成,通过溶液缩聚法制备。研究结果显示,该聚酰胺具有优异的热力学、力学和电学性能,以及出色的耐水解性和耐紫外线性能。
医药应用:
2,5-呋喃二甲酸二钙可抑制巨大芽孢杆菌的生长。 对 FDCA 衍生苯胺类化合物的筛选研究表明其具有重要的抗菌作用。 二酸本身是一种强络合剂,可螯合Ca2+、Cu2+、Pb2+等离子; 它在医学上用于去除肾结石。
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名称
CAS Num.
规格
2,5-呋喃二甲酸
3238-40-2
25g 100g 500g
 

公众号

400-021-8151