二元溶剂体系结晶纯化2,5-呋喃二甲酸及其杂质对聚(2,5-呋喃二甲酸乙二酯)合成的关键影响研究

针对生物基聚酯PEF性能不稳定的难题，研究人员系统探究了FDCA中杂质（HMFCA、FFCA等）对PEF热性能与色泽的影响，开发出基于二氧六环/水（DX/H2O）二元溶剂的高效结晶纯化技术，将FDCA纯度提升至99.8%，并证实低纯度FDCA会导致PEF分子量降低和热稳定性劣化。该研究为生物基聚酯的工业化质量控制提供了关键技术支撑。

　　

在全球塑料年产量即将突破4.17亿吨的背景下，石油基聚对苯二甲酸乙二酯(PET)带来的环境问题日益严峻。生物基聚(2,5-呋喃二甲酸乙二酯)(PEF)因其优异的氧气阻隔性和机械强度被视为理想替代品，但实际应用中却面临聚合物色泽发黄、热稳定性差等问题。这些缺陷的根源直指关键单体2,5-呋喃二甲酸(FDCA)的纯度——在5-羟甲基糠醛(HMF)氧化制备FDCA过程中，残留的5-甲酰基-2-呋喃甲酸(FFCA)、5-羟甲基-2-呋喃甲酸(HMFCA)等杂质会引发副反应，严重影响PEF性能。

为解决这一瓶颈问题，中国研究人员通过构建二氧六环/水(DX/H₂O)二元溶剂结晶体系，开发出高效FDCA纯化工艺。实验采用溶解度测试筛选最佳溶剂配比，结合傅里叶变换红外光谱(FTIR)、核磁共振(NMR)验证产物结构，并运用热重分析(TGA)、差示扫描量热法(DSC)等系统评估不同纯度FDCA所合成PEF的性能差异。

溶剂选择与FDCA纯化
通过测定FDCA及其主要杂质在四种醚类溶剂中的溶解度，发现二氧六环(DX)与水的混合体系具有最佳选择性。当DX/H₂O比例为7:3时，粗品FDCA纯度从78%提升至99.3%，精制品纯度达99.8%。X射线衍射证实结晶后FDCA晶型未改变，而高效液相色谱(HPLC)显示FFCA残留量低于0.05%。

杂质对PEF性能的影响
向高纯FDCA中分别添加0.1%、1%、5%的HMFCA或FFCA合成PEF。TGA数据显示，含5%FFCA的PEF初始分解温度降低27°C，这是由于醛基引发的支化反应导致分子链断裂。纳米压痕测试表明杂质会降低聚合物硬度，而DSC证实结晶度随杂质含量增加而下降，1%HMFCA可使PEF熔融焓减少40%。

讨论与展望
该研究首次阐明FDCA中特定杂质浓度与PEF性能的定量关系，突破传统纯化技术能耗高的限制。二元溶剂结晶法在常温下即可实现高效分离，较熔融结晶法节能80%。未来可通过优化溶剂回收工艺进一步降低成本，为PEF工业化生产提供质控标准。论文成果发表于《Chinese Journal of Chemical Engineering》，对推动生物基材料替代石油基塑料具有重要指导意义。