聚乙烯呋喃酸酯 (PEF) - 当今生物塑料中的后起之秀
今天，生物塑料被公认为 21 世纪的关键可持续元素之一。它们在环境效益和塑料对环境的影响之间提供了更好的平衡。其中，在过去几年中广受欢迎的一种生物基聚合物是：PEF——聚乙烯呋喃酸酯！
这种下一代聚合物具有替代油基聚合物的巨大潜力。它是可再生的、无毒的和具有类似特性的可回收替代品。然而，为了以商业规模有效生产 PEF，仍有几个方面需要考虑。
详细了解这种聚合物！获取有关其特性、应用、生长方面的信息……并且，了解是什么使 PEF 成为未来包装应用等领域的生物基聚合物。
什么是 PEF - 聚呋喃乙烯酯？
聚乙烯呋喃酸酯或 PEF是一种 100% 可回收的生物基聚合物，使用源自植物的可再生原材料（糖）生产。
PEF 被称为下一代聚酯，具有取代聚对苯二甲酸乙二醇酯 (PET) 的巨大潜力，这是一种源自传统合成资源的耐用聚合物。
与 PET 相比，PEF 具有许多优点，例如：
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卓越的阻隔性能以及机械和热性能
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高玻璃化转变温度和低熔点
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可回收，从而减少碳足迹
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在工业规模上具有成本竞争力
同时，它提高了包装的可持续性，因为当使用生物基单乙二醇 (MEG) 时，由FDCA生产的 PEF是 100% 生物基的。
PEF 是在乙二醇存在下聚合呋喃二甲酸 (FDCA) 时产生的。在其制造层面，其合成路线与 PET 相似，对苯二甲酸被 2,5 呋喃二甲酸 (FDCA) 取代。
呋喃：世界在“沉睡的巨人”背后
5-羟甲基糠醛 (5-HMF)、2,5-呋喃二甲酸 (FDCA) 和 2,5-二甲基呋喃 (2,5-DMF) 是呋喃 (呋喃衍生物)家族的主要代表。呋喃因其巨大的市场潜力被称为可再生中间体化学品的“沉睡巨人”。
C6 糖（碳水化合物）被发现是生产呋喃单体的极好来源。HMF 和 FDCA 被确定为 PEF 的高潜力起始材料（前体）。
来源：Avantium
FDCA（呋喃二甲酸或 2,5-呋喃二甲酸）（C 6 H 6 O 3；MW = 126.11）是一种用于树脂和聚合物的生物基结构单元。它具有潜力并用于生产高价值产品，例如：
它是由己糖氧化脱水形成的。转化也可以通过 5-羟甲基糠醛 (HMF) 的氧化来进行。
FDCA 作为对苯二甲酸 (PTA) 的替代品具有很大的潜力。PTA 是广泛使用的常规合成组分，用于生产聚酯，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯 (PET)和聚对苯二甲酸丁二醇酯 (PBT)。
同时，FDCA 用于生产相对较新的一类聚合物，称为聚呋喃乙烯酯 (PEF)，该聚合物在生产生物基塑料瓶方面具有巨大潜力。
资料来源：Synvina
用于产生 FDCA 的几种方法包括：
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己糖衍生物的脱水，
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2,5-二取代呋喃的氧化，以及
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呋喃衍生物的催化转化
此外，FDCA 的多功能性还体现在可通过相对简单的化学转化获得的衍生物数量上。选择性减少可能导致：
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部分氢化产品，如 2,5-二羟甲基呋喃，以及
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完全氢化的材料，例如 2,5-双（羟甲基）四氢呋喃
这两种材料都可以用作酒精成分来生产新的聚酯。以及它们与 FDCA 的结合将产生一个新的完全生物质衍生产品系列。
然而，FDCA 的生产和使用存在一些技术障碍。
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中间体羟甲基糠醛 (5-HMF) 的可用性进一步限制了高工艺及其生产
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开发有效和选择性的糖脱水工艺糖。脱水可以产生范围广泛的额外的、廉价的构建块。目前，脱水过程通常是非选择性的，除非不稳定的中间产物一形成就可以转化为更稳定的材料。必要的研发将包括开发选择性脱水系统和催化剂。
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FDCA 酯化反应的开发和控制以及 FDCA 单体的反应性控制。聚合物配制过程中酸和醇之间发生的化学知识以及最终聚合物的性质是进一步了解该技术并将其用于商业生产的重要方面。
PEF 比 PET 有什么优势？
1，PEF 具有非常好的阻隔性能（大多数生物基聚合物难以实现）
a) 2屏障 – 比 PET 大 6 倍
b) CO 2阻隔性 – 比 PET 好 3 倍
c) H 2 O 阻隔性 – 比 PET 好 2 倍
2，与 PET 相比，PEF 还具有有趣的机械性能。
a) 更高的 Tg（玻璃化转变温度）
b) 较低的 Tm（熔点）
c) 更高的模量
资料来源：Corbion
3，更好的抗拉强度,4，PEF 需要的添加剂比 PET 少
4，PEF 可以回收并以高达 5% 的 PEF 加入到 PET 回收流中，而不会影响回收的 PET 性能
5，无需热定型即可实现更轻的重量和卓越的热稳定性（可在约 200° F 下热填充）
6， 与 PET 相比，PEF 具有展示成本效率的潜力
PEF 与现有包装材料的对比
来源：Avantium 和 BASF
PEF的回收
由 PEF 制成的产品可以轻松回收
由 PEF 制成的产品可以很容易地回收或通过焚烧转化回大气 CO 2。最终，CO 2将被草、杂草和其他植物吸收，然后可用于制造更多的 PEF。
PEF 到 PEF 回收类似于 PET 回收
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PEF 可以通过红外分选从 PET 中分离出来，并使用与 PET 相同的步骤回收到“rPEF”（机械或化学回收使用与 PET 相同的步骤）
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PEF 对 rPET 的影响明显小于尼龙或PLA
PEF 减少了包装中对多材料功能的需求。然而，在包装重新设计和废物管理方面仍有一些步骤需要采取。
聚乙烯呋喃酸酯是迈向循环经济的下一步
PEF 的增长前景 - 从实验室到市场
FDCA 作为 PET/PBT 类似物的实用性为解决大容量、高价值的化学品市场提供了重要机会。为了抓住这个机会，正在开展开发选择性氧化和脱水技术的研发。
如上所述，2,5-呋喃二甲酸 (FDCA) 是 PEF 生产的重要化学中间体，目前有几家化学公司正致力于制造它。
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AVA-CO 2提供 5-HMF 到 FDCA 的专利转化过程
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Wageningen UR 成功制备 FDCA 半芳族聚酯
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Avantium 与巴斯夫正在努力使 FDCA 和 PEF 成为商业现实
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Corbion 还致力于为 PEF 制造 FDCA
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苏黎世联邦理工学院开发出新方法，最终可以使 PEF 上市
其中Synvina (BASF + Avantium JV)和Corbion正将精力集中在 PEF 的 FDCA 上。
Corbion 开发了生产 FDCA的专有流程，目前正在与专门的合作伙伴合作，进一步开发和商业化它。
资料来源：Corbion
Avantium 开发并获得专利的 YXY 技术平台旨在制造生物燃料、生物基塑料和生物化学品。Avantium 和巴斯夫之间的合资企业与达能、可口可乐和 ALPLA 建立了战略合作伙伴关系，以开发和商业化源自 PEF 的生物基聚合物。
2014 年，Avantium、达能、太古和可口可乐签署了一项投资 5000 万美元的财团，旨在开发和商业化包装应用中 PET 的替代品。
2014 年，Avantium 展示了 PEF 在纤维制造中的应用，为纺织品制造商生产 100% 生物基 T 恤。
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可口可乐公司、达能、ALPLA 合作开发 100% 生物基 PEF 瓶
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PEF 热成型产品的 Wifag-polytype 以及 PEF 纤维、薄膜等各个阶段的其他合作伙伴关系。
资料来源：Synvina
然而，FDCA 和 PEF 的商业生产和推出预计将在 2024 年投入运营。
苏黎世联邦理工学院研究人员报告的另一项突破性研究揭示了一种新方法，可以实现 PEF 的商业突破。
在他们的研究中，研究人员不是让通常具有两个端点的“绳状”聚合物链发生反应，而是首先将后者系上环，因此不再有末端。然后这些环可以以受控方式聚合成 PEF。当环打开并连接以形成最终的长“聚合物绳”时，新方法不会产生化学副产品。
据称新方法可以减少：
科学家们现在正在与 Suzler 进一步合作，研究如何在工业大规模生产中实施新工艺。