聚呋喃二甲酸乙二醇酯(poly(ethylene furandicarboxylate),PEF)是一种新型生物基聚酯,具有优异的热-力学性能和较低的远景成本以及比聚对苯二甲酸乙二醇酯(poly(ethylene terephthalate,PET)高一个数量级的气体阻隔性,因而有望部分替代石油基聚酯PET,并开拓新的应用领域。目前,PEF的研究开发方兴未艾,但根据目前的公开报道,其合成和结构-性能方面都还有很多问题没有解决,不同研究者报道的结果千差万别,我们也发现聚呋喃二甲酸乙二醇酯存在在合成过程中变色严重、结晶性差、力学性能有待提高等问题。针对上述问题,本文对单体纯化、催化剂筛选和合成工艺优化、二甘醇链节含量的调控、结晶性及其与链结构的关系、成核剂筛选及其对结晶性的改善、力学性能等进行研究,成功合成出色泽优良、结晶性可控、力学性能优异的PEF。首先,本文探明呋喃二甲酸单体中含有大量以2-羧基糠醛和醋酸为代表的杂质,并给出了醋酸回流+pH调节的纯化方式,达到完全除去呋喃二甲酸中的杂质的目的。当单体纯度提高后,聚合物的黄变程度显著降低,也有利于提高分子量和力学性能。其次,发现通常条件下合成的聚呋喃二甲酸乙二醇酯中不仅含有呋喃二甲酸乙二醇酯链节,还含有一定量(约1Omol%)二甘醇链节(醚键)。后者是由于在PEF的合成过程中发生的醚化副反应所致,并推测它的存在导致其结晶性变差。为此,考察了合成路线、催化剂、物料比、反应时间等对二甘醇链节含量的影响,实现了对二甘醇链节含量的有效调控。研究发现,采用酯交换-缩聚路线、采用锑系催化剂、降低醇酸比或醇酯比、缩短酯化或酯交换时间,都有利于降低二甘醇链节含量;以锡-锑为催化剂通过酯交换途径,在醇酯比较低的条件下,可以合成出低二甘醇链节含量的聚合物,可以使二甘醇链节含量从10mol%下降至 0.5mol%。接着,对聚呋喃二甲酸乙二醇酯的链结构即二甘醇链节含量和分子量对结晶性的影响及等温/非等温结晶动力学进行了系统的研究。研究发现,二甘醇链节含量和分子量升高时,聚合物的结晶性下降;当二甘醇链节含量低于1.2mol%时,PEF在10℃/min的降温速率下可以熔融结晶完全,而当二甘醇链节含量高于3.5 mol%时基本丧失在10℃/min下熔融结晶的能力,从而实现了从完全不结晶到完全结晶的调控,也证实了之前的推测;这是首次揭示出PEF化学结构与其结晶性之间的关系,也是首次实现PEF的完全非等温熔融结晶。为了改善高二甘醇链节含量聚呋喃二甲酸乙二醇酯的结晶性,本文还对成核剂进行了筛选,发现滑石能够很显著地促进聚呋喃二甲酸乙二醇酯的结晶。最后,本文采用高纯度单体,通过在聚合时添加稳定剂,成功制得了接近无色透明的PEF树脂,辅以结晶处理,成功制得白色的PEF树脂。其拉伸模量高达3.7 GPa,拉伸强度高达77.1 MPa,均显著高于文献报道值。综上所述,通过对PEF合成和结构-性能的研究,本文实现了 FDCA的高效纯化,实现了对PEF中二甘醇链节含量和结晶性的调控,实现了高分子量、低二甘醇链节含量的PEF的合成,最终解决了 PEF在合成过程中变色严重、结晶性差、力学性能有待提高的问题,成功合成出色泽优良、结晶性和力学性能优异的PEF树脂,为进一步的研究开发和应用打下了良好的基础。