目前廣泛使用的生物基高分子材料主要有聚乳酸(PLA)、聚羥基脂肪酸(PHA)、聚羥基乙酸(PGA)、聚丁二醇丁二酸酯(PBS)等，此類高分子材料以可再生資源為主要原料，在減少塑料行業(yè)對石油化工產(chǎn)品消耗的同時，也減少了石油基原料生產(chǎn)過程中對環(huán)境的污染，具有節(jié)約石油資源和保護(hù)環(huán)境的雙重功效，是當(dāng)前高分子材料的一個重要發(fā)展方向，也是實(shí)現(xiàn)“節(jié)能減排”、發(fā)展“綠色經(jīng)濟(jì)”和“低碳經(jīng)濟(jì)”的重要手段之一。然而，在實(shí)際應(yīng)用中這些生物基高分子材料的力學(xué)性能(如強(qiáng)度、模量、抗蠕變等)與耐熱性能(如熱機(jī)械性能、熱變形溫度等)均明顯低于聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、芳香尼龍(PA)、雙酚A型環(huán)氧樹脂(Epoxy)等石油基工程塑料，從而無法滿足生物基高分子材料在工程塑料領(lǐng)域的巨大需求。其根本原因是生物基高分子材料的分子骨架中缺乏剛性的芳香環(huán)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致性能偏低。因此，生物基高分子要想部分取代和補(bǔ)充石油基高分子，迫切需要通過合成技術(shù)，在其分子結(jié)構(gòu)中引入剛性環(huán)結(jié)構(gòu)，用以賦予生物基高分子材料較高的耐熱性和力學(xué)性能，從而實(shí)現(xiàn)生物基高分子材料在工程塑料領(lǐng)域的應(yīng)用和對石油基高分子材料的有效替代。

　　中科院寧波材料所朱錦研究員帶領(lǐng)的生物基高分子材料團(tuán)隊通過2,5-呋喃二甲酸與乙二醇共聚，采用直接酯化縮聚法，制備了一系列分子結(jié)構(gòu)中呋喃環(huán)含量不同的生物芳香聚酯PEF(又稱生物基PET)，如圖1所示，特性黏度控制在0.75-0.98dL/g之間。TGA和DSC研究表生物基聚酯的Tg明顯升高，PEF的Tg比PET提高18°C，熔融溫度降低40°C，強(qiáng)度和模量明顯提高。材料氣體阻隔性測試表明PEF的CO2阻隔性能比PET提高14.8倍，O2阻隔性能比PET提高6倍。由于生物基芳香聚酯PEF具有好的耐熱性、強(qiáng)度、模量和阻隔性，目前放大到5L反應(yīng)釜，實(shí)現(xiàn)了PEF公斤級制備，特性黏度0.65-0.95dL/g之間，不同級別精確可控，并解決了呋喃聚酯顏色發(fā)黃的問題，制備出無色透明共聚酯。在此基礎(chǔ)上開展了纖維、薄膜、工程塑料等領(lǐng)域的應(yīng)用研究，如圖2所示。目前已申請相關(guān)中國及國際專利9項(CN201410763313.2，CN201410787166.2，PCT/CN2014/094066，2016108312265，2016108312138等)。

　　為了拓展PEF的應(yīng)用領(lǐng)域，開發(fā)出了高韌性呋喃共聚酯PECF，其具備了優(yōu)良的綜合性能，PECF的Tg比PET提高11°C，熔融溫度降低35°C，CO2阻隔性能比PET提高5.2倍，O2阻隔性能比PET提高3.2倍，而斷裂伸長率達(dá)到154%，性能對比如表1，圖3所示，完全滿足塑料啤酒瓶的制造需求。開發(fā)的耐高溫呋喃共聚酯PETF系列聚酯，其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度最高達(dá)到122°C，且具有很好的沖擊性能，與聚碳酸酯(PC)相比，克服了PC耐溶劑性差的缺點(diǎn)。PETF系列生物基芳香聚酯同時具備了耐高溫、耐溶劑、良好的抗沖性和人體接觸安全性，非常適合用于嬰兒奶瓶、玩具等制造，也可替代和補(bǔ)充PC用于航空、汽車制造等眾多領(lǐng)域(Polymer, 2016, 103: 1-8.)。,

　　上述工作得到中科院寧波材料所一三五項目、國家科技支撐計劃、國家基金、寧波市基金等支持(2015BAD15B08，51503217，2016A610254)。

　　圖1 聚呋喃二甲酸乙二醇酯的合成

　　圖2 呋喃二甲酸基聚酯的應(yīng)用

　　表1 呋喃共聚酯PECF與PET的性能對比

　　圖3 PECF呋喃共聚酯