การรวมตัวกันของกรด 2, 5-furandicarboxylic (FDCA) ลงในโพลีเอสเตอร์ช่วยปรับปรุงคุณสมบัติเชิงกลและความร้อนของวัสดุที่เกิดขึ้นได้อย่างไร

การรวมตัวกันของ กรด 2,5-furandicarboxylic (FDCA) เข้าไปในกระดูกสันหลังโพลีเอสเตอร์จะยกระดับความเสถียรทางความร้อนของพอลิเมอร์ที่เกิดขึ้นอย่างมาก นี่เป็นส่วนใหญ่เกิดจากความแข็งแกร่งโดยธรรมชาติและความหอมของวงแหวน Furan ซึ่งต่อต้านการเคลื่อนไหวของโมเลกุลและ จำกัด การสลายของโซ่พอลิเมอร์ที่อุณหภูมิสูง ซึ่งแตกต่างจากโพลีเอสเตอร์ที่ใช้กรดเทเรฟทาลิกแบบดั้งเดิมโพลีเมอร์ที่ได้จาก FDCA (เช่นโพลีเอทิลีน furanoate, PEF) สามารถแสดงอุณหภูมิการเปลี่ยนแปลงของแก้วที่สูงขึ้น (TG) และเกณฑ์การสลายตัว

FDCA ช่วยเพิ่มความแข็งแรงเชิงกลของ polyesters โดยการมีส่วนร่วมสถาปัตยกรรมโมเลกุลเชิงเส้นแข็งและระนาบ ความแข็งแกร่งนี้ จำกัด การหมุนรอบกระดูกสันหลังของพอลิเมอร์ส่งผลให้เกิดโครงสร้างโซ่ที่ขยายออกไปมากขึ้นและการบรรจุที่เข้มงวดมากขึ้นภายในเฟสอสัณฐานและกึ่งผลึก ผลที่ได้คือการเพิ่มขึ้นอย่างชัดเจนของความต้านทานแรงดึงโมดูลัสของ Young และความเครียด ในการทดสอบความเครียด-ความเครียด FDCA-polyesters มีประสิทธิภาพสูงกว่าสัตว์เลี้ยงของพวกเขาอย่างสม่ำเสมอโดยเฉพาะอย่างยิ่งภายใต้ภาระที่สูงและความเหนื่อยล้าแบบวงจรซึ่งเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับชิ้นส่วนที่ทนทานในการใช้งานโครงสร้างหรือรูปแบบบรรจุภัณฑ์ที่นำกลับมาใช้ใหม่ได้

โพลีเอสเตอร์ที่ดัดแปลงจาก FDCA แสดงความต้านทานที่เหนือกว่าต่อการย่อยสลายทางเคมีเนื่องจากวงแหวน Furan ที่อุดมด้วยอิเล็กตรอนและค่อนข้างเฉื่อย กลุ่มคาร์บอกซิเลตแบบสมมาตรที่ 2,5 ตำแหน่งช่วยเพิ่มอุปสรรคต่อการโจมตีนิวคลีโอฟิลิกและอิเล็กโทรฟิลิกโดยเฉพาะอย่างยิ่งในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรดหรือพื้นฐาน ความได้เปรียบเชิงโครงสร้างนี้ให้ความต้านทานต่อการบวมการไฮโดรไลซิสและการอ่อนตัวลงที่เกิดจากตัวทำละลาย Polyesters FDCA จึงเหมาะสมอย่างยิ่งสำหรับวัสดุบุผิวสารเคมีการเคลือบในท่อร้อยสายของเหลวในอุตสาหกรรมและบรรจุภัณฑ์ยาที่ความบริสุทธิ์ทางเคมีและความสมบูรณ์ของพอลิเมอร์เป็นสิ่งจำเป็น

โพลีเอสเตอร์ที่มี FDCA แสดงให้เห็นถึงความต้านทานอัลตราไวโอเลต (UV) ที่ดีขึ้นเนื่องจากความสามารถของวงแหวน Furan ในการดูดซับและกระจายรังสี UV โดยไม่ต้องผ่านการตรวจทางโซ่หรือการเปลี่ยนสีที่สำคัญ ซึ่งแตกต่างจากวงแหวนเบนซีนใน terephthalate ซึ่งมีแนวโน้มที่จะ photodegradation แหวน Furan นำเสนอโปรไฟล์การแยกอิเล็กตรอนที่แตกต่างกันลดการก่อตัวของหัวรุนแรงภายใต้แสง UV คุณลักษณะระดับโมเลกุลนี้ช่วยให้โพลีเอสเตอร์ที่ใช้ FDCA สามารถรักษาประสิทธิภาพเชิงกลและความคมชัดทางแสงในสภาพแวดล้อมกลางแจ้งหรือแสงอาทิตย์ที่สัมผัสได้เป็นเวลานานเช่นฟิล์มเรือนกระจกแผงยานยนต์และส่วนประกอบเซลล์แสงอาทิตย์

FDCA ช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพของก๊าซและไอน้ำอย่างมีนัยสำคัญโดยการสร้างเส้นทางที่คดเคี้ยวมากขึ้นสำหรับการแพร่กระจายของโมเลกุลผ่านโพลิเมอร์เมทริกซ์ ธรรมชาติและความแข็งแกร่งของ FDCA เพิ่มความหนาแน่นของโซ่และลดความคล่องตัวในการแบ่งส่วนซึ่งจะช่วยลดค่าสัมประสิทธิ์การซึมผ่านสำหรับก๊าซเช่นออกซิเจน (O₂), คาร์บอนไดออกไซด์ (CO₂) และไอน้ำ (H₂O) ยกตัวอย่างเช่น Polyethylene Furanoate (PEF) ได้รับการแสดงให้มีออกซิเจนที่ดีกว่า 10 เท่าและคุณสมบัติของCO₂ที่ดีกว่า 5X มากกว่า PET ทำให้เหมาะสำหรับบรรจุภัณฑ์อาหารและเครื่องดื่มที่มีประสิทธิภาพสูงแพ็คพุพองยาและฟิล์มฉนวนกันความร้อนการบินและอวกาศ

แม้จะมีส่วนร่วมของ FDCA ต่อคุณสมบัติประสิทธิภาพสูง แต่ก็ยังคงความเข้ากันได้กับเส้นทางที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพภายใต้การทำปุ๋ยหมักอุตสาหกรรมหรือการตั้งค่าการย่อยสลายของเอนไซม์ โพลีเอสเตอร์ที่ใช้ FDCA แสดงความแตกต่างของไฮโดรไลติกอย่างรวดเร็วมากขึ้นเนื่องจากการเพิ่มความสามารถในการไฮโดรฟิลิตี้และการเข้าถึงพันธะเอสเตอร์ ต้นกำเนิดทางชีวภาพของ FDCA รองรับการสลายตัวสู่ผลิตภัณฑ์ที่ไม่เป็นพิษและเกิดขึ้นตามธรรมชาติ สิ่งนี้ทำให้อนุพันธ์ FDCA น่าสนใจสำหรับการใช้งานที่ยั่งยืนซึ่งลดการคงอยู่ของไมโครพลาสติกและความเข้ากันได้ของสิ่งแวดล้อมที่ดีขึ้นได้รับการจัดลำดับความสำคัญเช่นสิ่งทอทางการแพทย์แบบใช้ครั้งเดียวหรือสินค้าผู้บริโภคที่ย่อยสลายได้ทางทะเล