寧波材料所在聚對(duì)苯二甲酸-2,5-呋喃二甲酸乙二醇共聚酯發(fā)泡方面取得進(jìn)展
聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（PET）因分子鏈對(duì)稱和剛性而具有優(yōu)異的力學(xué)性能、耐熱性和尺寸穩(wěn)定性，廣泛應(yīng)用于聚合物發(fā)泡領(lǐng)域，包括建筑、汽車、船舶、風(fēng)力發(fā)電、食品包裝等。當(dāng)前全球PET年產(chǎn)能在7000萬噸以上，其中我國5000萬噸以上。聚對(duì)苯二甲酸-2,5-呋喃二甲酸乙二醇共聚酯（PEFT）作為新型部分生物基共聚酯，其開發(fā)有助于推進(jìn)聚酯材料的綠色可持續(xù)發(fā)展，因此其應(yīng)用備受關(guān)注。當(dāng)前，PEFT在發(fā)泡領(lǐng)域的應(yīng)用尚待研究探索，在此背景下，中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所高分子先進(jìn)加工團(tuán)隊(duì)鄭文革研究員、龐永艷研究員與生物基高分子材料團(tuán)隊(duì)朱錦研究員、王靜剛正高級(jí)工程師在PEFT發(fā)泡方面開展了交叉創(chuàng)新研究，取得了以下研究成果。
（1）深入認(rèn)識(shí)了PEFT的熔融結(jié)晶和冷結(jié)晶動(dòng)力學(xué)
一方面，開展了PEFT的非等溫熔融結(jié)晶和冷結(jié)晶動(dòng)力學(xué)研究，闡明了共聚單元2,5-呋喃二甲酸（FDCA）對(duì)PEFT分子鏈結(jié)晶的限制作用，其對(duì)熔融結(jié)晶的影響比對(duì)冷結(jié)晶更明顯。在相同的升溫/降溫速率下，冷結(jié)晶遠(yuǎn)快于熔融結(jié)晶（J. Mater. Sci. 2022, 57, 17503-17516）。另一方面，開展了PEFT的等溫熔融結(jié)晶和冷結(jié)晶動(dòng)力學(xué)研究，獲得了不同F(xiàn)DCA含量的PEFT的半結(jié)晶時(shí)間與等溫結(jié)晶溫度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，為后續(xù)利用結(jié)晶調(diào)控PEFT發(fā)泡奠定了研究基礎(chǔ)（圖1）。
（2）確定了PEFT的發(fā)泡溫度窗口
共聚單元FDCA造成PEFT結(jié)晶速率變慢、分子鏈剛硬、氣體阻隔性增強(qiáng)，導(dǎo)致PEFT發(fā)泡困難，發(fā)泡窗口難以掌握。本部分通過確定發(fā)泡溫度上、下限，確定了PEFT合適的發(fā)泡溫度窗口。隨著FDCA含量增加，一方面，PEFT熔點(diǎn)和結(jié)晶度逐漸降低，導(dǎo)致發(fā)泡上限逐漸降低，另一方面，PEFT分子鏈變得更剛硬，且對(duì)CO2的吸附逐漸減少，導(dǎo)致發(fā)泡下限逐漸升高，最終導(dǎo)致PEFT發(fā)泡溫度窗口逐漸變窄（圖2）。該發(fā)現(xiàn)不僅有利于精準(zhǔn)掌握PEFT的發(fā)泡溫度窗口，還對(duì)其他半結(jié)晶共聚物的發(fā)泡具有重要指導(dǎo)意義（Polymer 2022, 254, 125101）。
?。?）實(shí)現(xiàn)了PEFT發(fā)泡材料泡孔結(jié)構(gòu)的有效調(diào)控
基于PEFT自身結(jié)晶較慢的特點(diǎn)，分別利用熔融結(jié)晶和冷結(jié)晶為手段，在發(fā)泡前調(diào)控結(jié)晶，利用晶區(qū)與非晶區(qū)界面提供異相成核點(diǎn)增大氣泡成核密度，實(shí)現(xiàn)了PEFT泡孔結(jié)構(gòu)的有效控制，獲得了泡孔均勻的發(fā)泡材料（圖3）（Ind. Eng. Chem. Res. 2023, 62, 1404-1414; J. Mater. Sci. 2023, 58, 2025-2038），并且，利用冷結(jié)晶調(diào)控可獲得泡孔尺寸更小、泡孔密度更大的發(fā)泡材料。
（4）提出了PEFT泡孔結(jié)構(gòu)隨結(jié)晶度變化的一般規(guī)律
基于PEFT發(fā)泡材料泡孔結(jié)構(gòu)的調(diào)控研究，提出了泡孔結(jié)構(gòu)隨結(jié)晶度的變化規(guī)律：隨結(jié)晶度增加，泡孔尺寸減小，泡孔密度增大，膨脹倍率先增大后減?。▓D4），為泡孔結(jié)構(gòu)變化和調(diào)控提供了一般規(guī)律和基本遵循。
?。?）驗(yàn)證了PEFT在發(fā)泡領(lǐng)域的應(yīng)用
通過利用結(jié)晶調(diào)控泡孔結(jié)構(gòu)，獲得了具有良好隔熱性能的PEFT發(fā)泡材料，并實(shí)現(xiàn)了PEFT與PET發(fā)泡材料在相似的膨脹倍率下具有比較接近的隔熱性能（圖5），相關(guān)成果申請(qǐng)發(fā)明專利3項(xiàng)（專利號(hào)：202210282946.6、202210283220.4、202111468632.7），以上成果有望助推PEFT在發(fā)泡材料領(lǐng)域的應(yīng)用。
以上工作是在龐永艷研究員和鄭文革研究員指導(dǎo)下，由碩士研究生王智軍為第一作者完成。本研究獲得了國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（52273047）、寧波市科技創(chuàng)新2025重大專項(xiàng)（2018B10013）和浙江省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2021C01005）的資助。
