研究背景：

近年来，生物基和可生物降解的聚合物引起了研究人员的极大兴趣，如PLA,PBS,PHB，但它们仍然缺乏足够的竞争力来替代石油基产品,需要更精细的策略来设计生物基聚合物的主链结构。作为一种新型的生物基单体，1,3-丙二醇成本低廉，并已可通过可再生资源生产，但是1,3-丙二醇是奇数碳二醇单体，人们对它的关注远小于乙二醇和丁二醇等，这种聚酯可能具有与普通偶数聚酯不同的热机械性能，如PPT. 另一方面,为了实现绿色和可持续发展的目标，用2,5 呋喃二甲酸 (FDCA)部分替代对苯二甲酸具有重要意义。然而，芳族聚酯本质上是不可降解的，而生物基单体丁二酸可以提高材料的降解性能。

研究内容：

中科院宁波材料所的朱锦等人合成了一系列具有较高分子量的芳香族-脂肪族聚(丁二酸丙二醇酯-呋喃二甲酸丙酯) (PPSF) 共聚酯，其组成在聚丁二酸丙二醇酯 (PPS) 到聚呋喃二甲酸丙二醇酯 (PPF) 的整个范围内变化。通过NMR,DSC等方式详细研究了共聚酯组成的逐渐变化对机械、阻隔和热性能的影响。此外，还讨论了结晶度对PPSF的弹性模量和拉伸强度的影响。并使用猪胰腺脂肪酶进行PPSF生物降解性的研究。在与 PBAT 的阻隔性能进行全面比较后，可以预期 PPSFs 在绿色包装中的潜在应用。

主要研究结果：

1.PPSF共聚酯的合成与结构表征（a）PPS、PPSF 和 PPF 的 1H NMR 光谱; (b) PPSF50 的化学结构和 1H NMR 光谱; (c) PPSF 的三个可能的三元组;(d) a处的化学位移光谱的大图；表格中为共聚酯的分子量

2. PPS、PPSFs 和 PPF 的 DSC 曲线，（a）第一次加热扫描；(b) 第一次冷却扫描；(c) 第二次加热扫描；（d）PPSF、PPF 和 PPS 中 Tg 的组成依赖性与 PF 重量分数的函数关系。红色虚线是使用 PPF 和 PPS 的 Tg 从 Fox 方程计算的结果；表格中为PPS、PPSFs 和 PPF 的玻璃化转变温度 (Tg)、热稳定性和结晶度

3. (a) PPS、PPSFs 和 PPF 的 WAXD谱图；（b）PPS、PPSF 和 PPF 的 TGA 曲线（从 PPF 到 PPS，每次扫描在纵坐标上移动 10%）

4. PPSFs和PPF的应力-应变曲线 (a) PPSF10至40；(b) PPSF50至70；(c) PPSF80至PPF；表格中为PPS、PPSFs和PPF在退火前的力学性能

5. (a)用于拉伸试验之前 (PPSFmPF) 和退火之后 (PPSFmPF(A)) 的试样的第一次 DSC 加热扫描;(b) PPSFs和PPF退火后的应力-应变曲线;表格中为PPSFs和PPF退火后的力学性能

6. (a) 弹性模量、(b) 拉伸强度和 (c) 断裂伸长率的成分依赖性

7. PPSFs 和 PPF 的 CO2、O2 和 H2O 阻隔性能

8.PPSFs和PPS在酶促降解过程中的失重曲线

9. (a) 和 (b) 酶降解后 (28 天) PPS 和 PPSFs 薄膜表面的 SEM 图像

研究结论：

通过酯交换和熔融缩聚两步法合成了全生物基聚丁二酸丙二醇酯-呋喃二甲酸丙二醇酯共聚酯。随着mPF的增长，PPSFs从完全无定形转变为结晶速率较慢的半结晶聚合物。PPSFs 和 PPF的机械性能很大程度上取决于PF单元的结晶度。退火处理可以显著提高PPSFs的弹性模量和拉伸强度。300℃下良好的热稳定性可以保证这些共聚酯在塑料工业中的加工性能。

低 mPF (≤40%) 含量的 PPSF 由于结晶能力差和过于柔软的特性而难以单独使用。但它们相对较快的生物降解速率使其在可生物降解聚合物（如 PLA、纤维素和淀粉）中作为填充改性剂具有潜在的应用价值，可用于制备完全可生物降解的复合材料。PPF和mPF含量高（≥50%）的PPSF表现出优异的阻隔性能和适当的机械性能，可用作包装材料。这样，基于呋喃的脂肪族-芳香族共聚酯可以成为一类新的可降解聚合物。

参考文献：

Fully bio-based poly(propylene succinate-co-propylene furandicarboxylate) copolyesters with proper mechanical, degradation and barrier properties for green packaging applications

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0014305718301447?via%3Dihub

DOI: 10.1016/j.eurpolymj.2018.03.009