聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（PET）因分子鏈對(duì)稱和剛性而具有優異的力學(xué)性能(néng)、耐熱性和尺寸穩定性，廣泛應用于聚合物發(fā)泡領域，包括建築、汽車、船舶、風力發(fā)電、食品包裝等。當前全球PET年産能(néng)在7000萬噸以上，其中我國(guó)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）作爲新型部分生物基共聚酯，其開(kāi)發(fā)有助于推進(jìn)聚酯材料的綠色可持續發(fā)展，因此其應用備受關注。當前，PEFT在發(fā)泡領域的應用尚待研究探索，在此背景下，中國(guó)科學(xué)院甯波材料技術與工程研究所高分子先進(jìn)加工團隊鄭文革研究員、龐永豔研究員與生物基高分子材料團隊朱錦研究員、王靜剛正高級工程師在PEFT發(fā)泡方面(miàn)開(kāi)展了交叉創新研究，取得了以下研究成(chéng)果。
（1）深入認識了PEFT的熔融結晶和冷結晶動力學(xué)
一方面(miàn)，開(kāi)展了PEFT的非等溫熔融結晶和冷結晶動力學(xué)研究，闡明了共聚單元2,5-呋喃二甲酸（FDCA）對(duì)PEFT分子鏈結晶的限制作用，其對(duì)熔融結晶的影響比對(duì)冷結晶更明顯。在相同的升溫/降溫速率下，冷結晶遠快于熔融結晶（J. Mater. Sci. 2022, 57, 17503-17516）。另一方面(miàn)，開(kāi)展了PEFT的等溫熔融結晶和冷結晶動力學(xué)研究，獲得了不同FDCA含量的PEFT的半結晶時間與等溫結晶溫度的對(duì)應關系，爲後(hòu)續利用結晶調控PEFT發(fā)泡奠定了研究基礎（圖1）。
（2）确定了PEFT的發(fā)泡溫度窗口
共聚單元FDCA造成(chéng)PEFT結晶速率變慢、分子鏈剛硬、氣體阻隔性增強，導緻PEFT發(fā)泡困難，發(fā)泡窗口難以掌握。本部分通過(guò)确定發(fā)泡溫度上、下限，确定了PEFT合适的發(fā)泡溫度窗口。随著(zhe)FDCA含量增加，一方面(miàn)，PEFT熔點和結晶度逐漸降低，導緻發(fā)泡上限逐漸降低，另一方面(miàn)，PEFT分子鏈變得更剛硬，且對(duì)CO2的吸附逐漸減少，導緻發(fā)泡下限逐漸升高，最終導緻PEFT發(fā)泡溫度窗口逐漸變窄（圖2）。該發(fā)現不僅有利于精準掌握PEFT的發(fā)泡溫度窗口，還(hái)對(duì)其他半結晶共聚物的發(fā)泡具有重要指導意義（Polymer 2022, 254, 125101）。
（3）實現了PEFT發(fā)泡材料泡孔結構的有效調控
基于PEFT自身結晶較慢的特點，分别利用熔融結晶和冷結晶爲手段，在發(fā)泡前調控結晶，利用晶區與非晶區界面(miàn)提供異相成(chéng)核點增大氣泡成(chéng)核密度，實現了PEFT泡孔結構的有效控制，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，利用冷結晶調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泡孔結構随結晶度變化的一般規律
基于PEFT發(fā)泡材料泡孔結構的調控研究，提出了泡孔結構随結晶度的變化規律：随結晶度增加，泡孔尺寸減小，泡孔密度增大，膨脹倍率先增大後(hòu)減小（圖4），爲泡孔結構變化和調控提供了一般規律和基本遵循。
（5）驗證了PEFT在發(fā)泡領域的應用
通過(guò)利用結晶調控泡孔結構，獲得了具有良好(hǎo)隔熱性能(néng)的PEFT發(fā)泡材料，并實現了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(néng)（圖5），相關成(chéng)果申請發(fā)明專利3項（專利号：202210282946.6、202210283220.4、202111468632.7），以上成(chéng)果有望助推PEFT在發(fā)泡材料領域的應用。
以上工作是在龐永豔研究員和鄭文革研究員指導下，由碩士研究生王智軍爲第一作者完成(chéng)。本研究獲得了國(guó)家自然科學(xué)基金面(miàn)上項目（52273047）、甯波市科技創新2025重大專項（2018B10013）和浙江省重點研發(fā)計劃（2021C01005）的資助。
